DE102007039186A1 - Läufer eines Traktionsmotors - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft einen Läufer (1) eines Traktionsmotors mit Mitteln zur Läufererregung, die an und/oder in einem aus axial gestapelten Blechen aufgebauten Blechpaket (9) angeordnet sind, wobei die radiale Erstreckung des Blechpakets (9) im Wesentlichen der radialen Erstreckung der jeweiligen Mittel zur Läufererregung entspricht und wobei an jeder Stirnseite des Blechpakets (9) zumindest ein Läuferdruckring (2, 4) vorhanden ist.
Description
- Die Erfindung betrifft einen Läufer eines Traktionsmotors mit Mitteln zur Läufererregung, die an oder in einem in axial gestapelten Blechen angeordnet sind.
- Traktionsmotoren werden vor allem als Antriebe für Triebfahrzeuge, Loks, Mining-Trucks oder Busse eingesetzt, und aufgrund der dort vorhandenen vorgegebenen beengten räumlichen Verhältnisse ist ein kompakter Aufbau der elektrischen Maschine notwendig. Nachteilig dabei ist, dass durch den kompakten Aufbau eine unzureichende Wärmeabfuhr aus den Wärmequellen des Traktionsmotors stattfinden kann.
- Einen weiteren Aspekt bilden die jeweils nicht zu vernachlässigenden Massen der Traktionsmotoren, die ebenfalls zu bewegen sind und dadurch die zulässige Zuladung oder Achslast reduzieren.
- Ausgehend davon liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Traktionsmotor zu schaffen, der neben einer Gewichtseinsparung einen äußerst kompakten Aufbau bei gleichzeitiger ausreichender Wärmeabfuhr gewährleistet.
- Die Lösung der gestellten Aufgabe gelingt durch einen Läufer eines Traktionsmotors mit Mitteln zur Läufererregung, die an und/oder in einem aus axial gestapelten Blechen aufgebauten Blechpaket angeordnet sind, wobei die radiale Erstreckung des Blechpakets im Wesentlichen der radialen Erstreckung der jeweiligen Mitteln zur Läufererregung entspricht und wobei an jeder Stirnseite des Blechpakete zumindest ein Druckring vorhanden ist.
- Das Blechpaket des Läufers hat nunmehr die Gestalt eines Rohres. Dessen radiale Erstreckung sich auf die elektrisch notwendige Jochhöhe beschränkt, wobei das durch elektromagneti sche Wechselwirkung induzierte Drehmoment durch über an die beiden Stirnseiten des Blechpakets wirkenden Läuferdruckringe über an sich bekannte Welle-Nabe-Verbindungen auf die Welle übertragen wird.
- Um eine kompakte Antriebseinrichtung zu erhalten, sind vorteilhafterweise die Läuferdruckringe tellerförmig ausgeführt, so dass sich in dem nun zur Verfügung stehenden axialen Hohlraum des Läufers die Positionierung der Rotorlagerung teilweise oder auch komplett radial zwischen dem Blechpaket des Läufers und der Welle angeordnet ist.
- Des Weiteren ist auch eine Drehmomentübertragung über ein T-förmiges Trägerelement möglich, wobei dann der Läufer axial durch Läuferendbleche fixiert ist.
- Der Kraftfluss und zusätzlich die Zentrierung zwischen den einzelnen Blechen kann bei den oben genannten Ausführungsformen über Form- oder Reibschluss z. B. durch Stanzpaketieren sichergestellt werden.
- In einer weiteren Ausführungsform sind auch dabei Kombinationen aus Form- und Reibschluss möglich.
- Der notwendige Druck im Blechpaket wird beispielsweise über Zuganker und/oder über axial vorgespannte Welle-Nabe-Verbindungen über die Läuferdruckringe oder die Läuferendbleche erzeugt.
- Um den Läufer einer besseren Wärmeabfuhr zu unterziehen, sind die Läuferdruckringe bzw. die T-förmigen Trägerelemente vorteilhafterweise mit Durchbrüchen ausgestattet, die in einer speziellen Ausführungsform derartig gestaltete Ausnehmungen aufweisen, dass diese Ausnehmungen bzw. die verbleibenden Speichen zwischen den Ausnehmungen als Lüfterflügel wirken und so einen Kühlluftstrom innerhalb des Läufers und/oder der elektrischen Maschine verursachen.
- Durch die damit verbundenen Luftverwirbelungen wird ein nahezu einheitliches Temperaturniveau innerhalb des Läufers und damit der elektrischen Maschine geschaffen.
- Es wird u. a. ein Innenkühlkreislauf geschaffen, der nicht nur den Läufer kühlt, sondern in den auch weitere Wärmequellen der elektrischen Maschine, wie Lager, Wickelköpfe und Stator mit einbezogen werden können.
- Die umgewälzte und erwärmte Innenluft wird durch am Gehäuse vorbeigeleitete Außenluft und/oder durch eine am Umfang der elektrischen Maschine angeordnete Flüssigkeitskühlung gekühlt.
- Damit wird auch die Verlustwärme, die gegebenenfalls ein Kurzschlussring und/oder Permanentmagnete im Läufer erzeugen, abgeführt.
- Selbstverständlich ist die Erfindung auch bei einer elektrischen Maschine mit einem grundsätzlich bekannten offenen Kühlkreislauf anwendbar, insbesondere dann, wenn der Verschmutzungsgrad der Umgebung vergleichsweise gering ist.
- Der Kühleffekt innerhalb der elektrischen Maschine, gleich oder offener oder geschlossener Kühlkreislauf wird durch zusätzliche Leitelemente wie Umlenkungen, z. B. im Bereich der Wickelköpfe oder Düsenelementen weiter optimiert.
- Die Erfindung sowie weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind schematisch in den folgenden Ausführungsbeispielen prinzipiell dargestellt; darin zeigen:
-
1 ,5 ,6 ,7 erfindungsgemäße Läuferdarstellungen, -
2 ,4 Traktionsmotordarstellungen, -
3 eine Detaildarstellung. -
1 zeigt in einem prinzipiellen Längsschnitt einen Läufer1 einer in dieser Darstellung nicht näher dargestellten elektrischen Maschine10 . Der Läufer1 weist in der vorliegenden Ausführungsform als Mittel zur Läufererregung axial hintereinander angeordnete Permanentmagnete3 auf, die in einer im Wesentlichen axial verlaufenden Ausnehmung25 im Blechpaket9 des Läufer1 angeordnet sind. Dieses erfindungsgemäße Prinzip ist auch auf einen allgemein bekannten Kurzschlussläufer anwendbar. - D. h. die Permanentmagnete
3 sind vom Luftspalt der elektrischen Maschine10 durch einen schmalen Blechsteg27 getrennt, es handelt sich demnach um vergrabene Permanentmagnete3 . Die axiale Ausnehmung25 kann zur Unterdrückung von Drehmomentwelligkeit auch bezüglich ihres axialen Verlaufs um einen vorgebbaren Winkelversatz geschrägt ausgeführt sein, so dass die Permanentmagnete3 in ihrem axialen Verlauf dieser geschrägten Ausnehmung folgen. - Die radiale Ausdehnung der Bleche zwischen Permanentmagneten
3 und Welle7 wird bestimmt durch die elektromagnetisch notwendige Höhe, um beispielsweise in diesem Bereich keine Sättigung zu erhalten. - Das Blechpaket
9 des Läufers1 ist an seinen Stirnseiten mit einem A-seitigen Läuferdruckring2 und einem B-seitigen Läuferdruckring4 versehen und in dieser Ausführungsform durch einen Zuganker8 fixiert. Die Läuferdruckringe2 und4 sind dabei auf eine Welle7 aufgeschrumpft oder mit anderen an sich bekannten konstruktiven Welle-Nabe-Verbindungen mit dieser Welle7 drehfest verbunden. - Insbesondere der Läuferdruckring
2 auf der A-seitigen Anordnung des Läufers1 weist Mittel, insbesondere Labyrinthdichtungen14 oder Bürstendichtungen zur Abdichtung des Maschineninnenraums gegenüber der Umgebung auf, wie sie in3 prinzipiell dargestellt sind. Damit wird Feuchtigkeit und Schmutz, die insbesondere bei einem Traktionsantrieb anfallen, vom Maschineninnenraum zurückgehalten. - Radial unmittelbar am Blechpaket
9 an der inneren Mantelseite anliegend, befindet sich vorteilhafterweise ein Trägerelement6 , das beispielsweise als gerolltes Blech ausgeführt die Fixierung und Positionierung der Bleche des Blechpakets9 erleichtert. Dieses Trägerelement6 kann als gerolltes Blech oder aus spiralförmig aufgerollten Drähten ausgeführt sein. Wichtig für den Motorbetrieb ist dabei, dass das Trägerelement6 eine ausreichend gute Wärmeübertragungsfähigkeit aufweist, um somit die Verlustleistung aus dem Blechpaket9 in den Innenraum des Läufers1 zu gewährleisten. Die Wärme wird dann an einen Kühlluftstrom5 abgeben, der durch die Durchbrüche15 und16 strömt. Die Strömung wird dabei durch spezielle Lüfter oder durch die lüfterförmige Gestaltung der Durchbrüche15 ,16 erzeugt. -
2 zeigt in prinzipieller Darstellung einen permanenterregten Synchronmotor als Traktionsantrieb, mit einem Läufer1 , ähnlich dem Läufer1 gemäß1 , wobei unterschiedlich dazu, der A-seitige Läuferdruckring2 tellerförmig ausgestaltet ist, so dass sich Lagereinrichtungen13 nahezu oder zumindest zum Teil radial innerhalb des Blechpaketes9 des Läufers1 befinden. - Die tellerförmige Ausgestaltung zumindest eines Läuferdruckringes
2 ,4 gestattet vorteilhafterweise eine Tellerbiegung, um somit das Sitzverhalten des axial verspannten Blechpakets9 z. B. während der Montage und/oder aufgrund thermischer Vorgänge zu kompensieren. Unter Tellerbiegung ist dabei in diesem Fall zu verstehen, dass der an der Welle7 befindliche Bereich des Läuferdruckringes sich nicht bewegt, während der radial äußere Bereich dieses Läuferdruckringes eine axiale Bewegung gestattet. - Grundsätzlich sind zusätzliche hochfeste Platten
26 zur Fixierung des Blechpakets9 einsetzbar. - Damit wird ein noch kompakterer Aufbau des Traktionsmotors, bei gleichzeitig ausreichender Kühlung des Läufers
1 gewähr leistet. Ein Innenkühlkreislauf wird dabei durch die Förderwirkung beispielsweise der Durchbrüche, den hohlen Läufer1 und nicht näher dargestellten axialen Kühlkanälen in und/oder am Stator11 gebildet. Labyrinthdichtungen14 dichten den Innenraum des Traktionsmotors insbesondere auf der A-Seite ab. - Radial außerhalb des Läufer
1 befindet sich der Stator11 mit seinem Wicklungssystem und dessen axial ausragenden Wickelköpfen12 , die durch den oben beschriebenen Kühlkreislauf mitgekühlt werden. Die Wärme wird über das Gehäuse der elektrischen Maschine10 und/oder über die Welle7 nach außen abgegeben. - Bei der Abgabe der Wärme über die Welle
7 geschieht dies entweder über ein nicht näher dargestelltes Getriebe und damit über das dort vorhandene Getriebeöl oder bei einem Direktantrieb direkt über die mit der Welle verbundenen Treibräder des Traktionsmotors, insbesondere bei einem Schienenfahrzeug. -
4 zeigt in einer weiteren Ausführungsform einen Läufer1 einer elektrischen Maschine10 , wobei das Blechpaket9 mit lediglich einem Läuferdruckring4 direkt auf die Welle7 geschrumpft ist. Der jeweils andere Läuferdruckring2 ist durch eine Spannhülse20 mit der Welle7 drehfest verbunden. Damit wird die Montage des Läufers1 erheblich vereinfacht, da nur ein Presssitz bei der Montage zu berücksichtigen ist. Damit werden Materialspannungen innerhalb des Läufers1 vermieden, da über die Spannhülse20 erst nach der Positionierung auf der Welle7 eine endgültige Fixierung des anderen Läuferdruckrings geschaffen wird. - Des Weiteren ist in
4 gestrichelt dargestellt ein möglicher Verlauf eines Kühlkanals28 im Rücken des Stators11 als Teil des Gehäuses17 , der damit einen Teil des Innenkühlkreislaufs bildet. - Des Weiteren ist das Blechpaket
9 des Läufers1 einen Zuganker8 zusätzlich fixiert, der nicht notwendigerweise über seinem axialen Verlauf am Blechpaket9 anliegt. - In einer weiteren Ausführungsform nach den
5 ,6 wird, um einen kompakten und trägheitsarmen Aufbau des Läufers1 zu erreichen, das Trägerelement6 T-förmig ausgeführt, das bzgl. der axialen Ausdehnung des Läufers1 im wesentlichen mittig mit der Welle7 drehfest verbunden. - Der Schaft des Trägerelements
6 ist dabei speichenförmig ausgebildet wobei Durchbrüche21 als Kühlkanäle ausgebildet sind und vorteilhafterweise derart gestaltet sind, dass sie Lüfterfunktion übernehmen. Der an der Welle7 befindliche Teil des Trägerelements6 bildet somit eine Nabe19 , die insbesondere bei zweigeteiltem Trägerelement6 auch als Läufersteg bezeichnet wird und mit der Welle7 drehfest verbunden ist. - Das zweigeteilte Trägerelement
6 ist aus einem Trägerrohr22 und einem Läufersteg aufgebaut. Dabei sind sowohl der Läufersteg auf der Welle7 als auch das Trägerrohr22 auf dem Läufersteg drehfest angebracht, insbesondere form- und oder Stoffschlüssig verbunden beispielsweise durch eine Schrumpfverbindung. - Der Läufer
1 wird dabei an seinen Stirnseiten durch Läuferendscheiben23 durch Schrauben24 in dem Trägerelement fixiert. Schrauben24 dienen auch der Fixierung von Lüfterflügeln18 am Trägerelement6 oder Blechpaket9 . Damit ist erforderlich, dass zumindest im Bereich der Stirnseiten des Läufers1 das Trägerelement6 Erweiterungen aufweist die eine Schraubverbindung erlauben. - In
6 ist auf der linken Seite der Darstellung das Blechpaket9 durch eine gesinterte Form90 ersetzt. -
7 zeigt in einer perspektivischen Darstellung einen Läufer1 mit einem T-förmigen Trägerelement6 mit mehreren Läu ferendscheiben23 an die Lüfterflügel18 und/oder nicht näher dargestellte Abstandshalter angebracht sind. - Die Erfindung ist letztlich nicht auf die beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt, sondern erstreckt sich auch auf Kombinationen einzelner Komponenten der genannten Ausführungsbeispiele, die dann wiederum eine eigene Ausführungsform bilden können.
Claims (12)
- Läufer (
1 ) eines Traktionsmotors mit Mitteln zur Läufererregung, die an und/oder in einem aus axial gestapelten Blechen aufgebauten Blechpaket (9 ) angeordnet sind, wobei die radiale Erstreckung des Blechpakets (9 ) im Wesentlichen der radialen Erstreckung der jeweiligen Mitteln zur Läufererregung entspricht und wobei an jeder Stirnseite des Blechpakets (9 ) zumindest ein Läuferdruckring (2 ,4 ) vorhanden ist. - Läufer (
1 ) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Läuferdruckringe (2 ,4 ) mit einer durch den Traktionsmotor angetriebenen Welle (7 ) drehfest verbunden sind. - Läufer (
1 ) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Läuferdruckringe (2 ,4 ) axiale Durchbrüche (15 ,16 ) zur Luftkühlung aufweisen. - Läufer (
1 ) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Läuferdruckringe (2 ,4 ) strömungstechnisch derart gestaltet sind, dass bei Drehung des Läufers (1 ) die Durchbrüche (15 ,16 ) einen Luftstrom erzeugen. - Läufer (
1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Läuferdruckring (2 ,4 ) tellerartig ausgeführt ist. - Läufer (
1 ) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Läuferdruckring (2 ,4 ) Tellerbiegung zulässt, um so das Sitzverhalten des axial verspannten Blechpakets (9 ) zu kompensieren. - Läufer (
1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich ein Trägerelement (6 ) unmittelbar am radial inneren Rand des Blechpakets (9 ) anschließt und zur Fixierung des Blechpakets (9 ) beiträgt. - Läufer (
1 ) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägerelement (6 ) ein Rohr aus gerolltem Blech ist. - Läufer (
1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zur Läufererregung als Kurzschlusskäfig und/oder Permanentmagnete (3 ) ausgeführt sind. - Läufer (
1 ) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass sowohl die Stäbe im Blechpaket (9 ) als auch die Permanentmagnete (3 ) schräg ausgeführt sind, so dass sich über die axiale Länge des Läufers (1 ) betrachtet ein vorgebbarer Versatz in Umfangsrichtung ergibt. - Dynamoelektrische Maschine, insbesondere Traktionsmotor mit einem Läufer (
1 ) nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die dynamoelektrische Maschine einen geschlossenen Innenkühlkreislauf oder einen nach außen offenen Kühlkreislauf aufweist. - Dynamoelektrische Maschine nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass als Außenkühlung ein Luft- und/oder Wasserkühlung vorgesehen ist.
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