DE102009012478A1

DE102009012478A1 - Elektromotor

Info

Publication number: DE102009012478A1
Application number: DE200910012478
Authority: DE
Inventors: Volker Masuch
Original assignee: SEW Eurodrive GmbH and Co KG
Current assignee: SEW Eurodrive GmbH and Co KG
Priority date: 2009-03-12
Filing date: 2009-03-12
Publication date: 2010-09-16

Abstract

Elektromotor, umfassend einen Stator, dessen Statorwicklung von einem Statorblechpaket umgeben ist, wobei eine Statorinnenhülse vorgesehen ist, die den Raumbereich für die Statorwicklung nach innen, also zum Rotor des Motors hin, begrenzt, wobei zwischen Statorblechpaket und Statorinnenhülse die Statorwicklung mittels Vergussmasse vergossen vorgesehen ist, wobei das Statorblechpaket Nuten aufweist, insbesondere an seiner Innenseite, die von der Vergussmasse befüllt sind, so dass die Statorwicklung in Umfangsrichtung mittels der Vergussmasse formschlüssig gehalten ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Elektromotor.
Es ist bekannt, dass Elektromotoren einen Rotor und einen Stator aufweisen. Dabei umfasst der Rotor bei Ausführung des Elektromotors als Asynchronmotor einen Kurzschlusskäfig und bei Ausführung des Elektromotors als Synchronmotor Dauermagnete. Der Stator weist eine an einem Statorblechpaket vorgesehene Statorwicklung auf.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Elektromotor weiterzubilden, wobei der Motor eine hohe Leistungsfähigkeit bei kleinem Bauvolumen aufweisen soll.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe bei dem Elektromotor nach den in Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst.
Wichtige Merkmale der Erfindung bei dem Elektromotor sind, dass er einen Stator umfasst, dessen Statorwicklung von einem Statorblechpaket umgeben sind,
wobei eine Statorinnenhülse vorgesehen ist, die den Raumbereich für die Statorwicklung nach innen, also zum Rotor des Motors hin, begrenzt,
wobei zwischen Statorblechpaket und Statorinnenhülse die Statorwicklung mittels Vergussmasse vergossen vorgesehen ist,
wobei das Statorblechpaket Nuten aufweist, insbesondere an seiner Innenseite, die von der Vergussmasse befüllt sind, so dass die Statorwicklung in Umfangsrichtung mittels der Vergussmasse formschlüssig gehalten ist.
Insbesondere ist die Statorwicklung radial innerhalb des Statorblechpakets angeordnet, das mehrere am Umfang angeordnete Nuten, insbesondere axiale Nuten, insbesondere am zwischen 4 und 12 Nuten, aufweist, und die Statorwicklung ist in Vergussmasse eingebettet, welche die Nuten ausfüllt und nach radial außen vom Statorblechpaket und nach radial innen von der Statorinnenhülse begrenzt ist.
Von Vorteil ist dabei, dass die Statorwicklung als Luftspaltwicklung ausgeführt ist, also nicht in Nuten des Statorblechpakets eingelegt ist sondern radial innerhalb des Statorblechpakets vorsehbar ist und somit einfach zu fertigen ist, und ein Halten des Stators mittels der Vergussmasse in Umfangsrichtung vorgesehen ist.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung enthält die Vergussmasse einen Anteil an Partikeln. Von Vorteil ist dabei, dass eine hohe Stabilität erreicht ist, da die Vergussmasse die Statorwicklung und die Statorinnenhülse mechanisch stabilisiert. Außerdem wird die Wärmeableitung aus der Statorwicklung zum Statorblechpaket und von dort über das Motorgehäuse an die Umgebung hin verbessert. Denn die Vergussmasse ist entsprechend ausführbar. Darüber hinaus werden auch die Umlenkbereiche der Statorwicklung, also die axial aus dem Statorblechpaket herausstehenden Bereiche mittels der Vergussmasse abgestützt und somit mechanisch stabilisiert, insbesondere bei Auftreten von Rüttelschwingungen oder dergleichen. Des Weiteren wird die Wärmeableitung aus dem Umlenkbereich über die Vergussmasse erreichbar. Die Vergussmasse trägt auch zur Erhöhung des elektrischen Isolierabstandes der Statorwicklungsleitungen gegeneinander bei.
Die Statorinnenhülse ist einerseits als Begrenzung beim Vergießen des Stators mit Vergussmasse verwendbar und andererseits stabilisiert diese Statorinnenhülse ebenfalls die axial aus dem Statorblechpaket herausstehenden Bereiche. Des Weiteren begrenzt und stabilisiert sie den benachbarten Bereich an Vergussmasse und trägt somit auch zur verbesserten Wärmeableitung aus dem Umlenkbereich der Statorwicklung bei.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung beträgt der Anteil an Partikeln zwischen Null und fünfzig Volumenprozente, insbesondere zwischen 20 und 40 Volumenprozente, insbesondere 30 Volumenprozent. Von Vorteil ist dabei, dass die Gesamt-Elastizität und Kompressibilität der Vergussmasse samt Partikeln genügend verbessert ist, um die auf die Statorinnenhülse wirkenden Kräfte derart zu verringern, dass eine Zerstörung verbindet ist.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die Kompressibilität der Partikel größer als die Kompressibilität der restlichen Vergussmasse, insbesondere mindestens fünfmal größer, insbesondere mindestens zehnmal größer. Von Vorteil ist dabei, dass die Statorinnenhülse genügend geschützt ist vor Überlastung.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die Statorinnenhülse aus einem Faser-Verbund-Werkstoff gefertigt. Von Vorteil ist dabei, dass eine besonders hohe Festigkeit bei geringem Gewicht erreichbar ist. Außerdem ist es ermöglicht, dass die Vergussmasse zumindest stoffschlüssig sehr gut anbindbar ist, da der Verbundwerkstoff selbst wiederum mit einem Harz vergossen ist, und somit eine sehr gute Haftung erzielbar ist.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung enthält die Vergussmasse ein Epoxidharz und/oder ein Polyesterharz. Von Vorteil ist dabei, dass wärmeleitfähiges Material, das eine hohe elektrische Isolierfestigkeit aufweist gegen Kriechströme und eine hohe elektrische Durchschlagfestigkeit aufweist, verwendbar ist.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung sind die Partikel im Wesentlichen als Hohlkörper ausgeführt, insbesondere mit einem durchschnittlichen Durchmesser zwischen 1 μm und 1 mm, insbesondere zwischen 10 μm und 300 μm. Von Vorteil ist dabei, dass eine besonders hohe Menge an Partikeln beimischbar ist und ein Zusammenbruch eines Partikels verhinderbar ist. Im Vergleich hierzu kann ein mehrere Millimeter großes Partikel zusammenbrechen und somit zu Zerstörungen führen. Außerdem ist die elektrische Isolierfestigkeit besser gewährleistbar.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung enthalten die Partikel Silikat oder Silikatglas, insbesondere in ihrer Wandung. Von Vorteil ist dabei, dass eine besonders einfache Herstellung ermöglicht ist und eine gute Vermischbarkeit mit dem Harz der Vergussmasse erreichbar ist. Insbesondere wird dies durch entsprechend bevorzugte Oberflächenspannungen erreicht.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung steht die Statorwicklung axial aus dem Statorblechpaket heraus. Von Vorteil ist dabei, dass der Umlenkbereich der Statorwicklung entwärmbar ist mittels der Vergussmasse.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist das Statorblechpaket in einem dieses umgebenden Motorgehäuse vorgesehen. Von Vorteil ist dabei, dass die Wärme an das Motorgehäuse gut überleitbar ist. Insbesondere ist das Statorblechpaket eingeschrumpft verbindbar und somit ein geringer Wärmeübergangswiderstand erreichbar. Zum eingeschrumpften Verbinden wird von Ineinanderfügen des Statorblechpakets und des Motorgehäuses ein Temperaturunterschied dieser beiden Teile erzeugt, insbesondere von mehr als 50 Kelvin.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung stützt die Statorinnenhülse zusammen mit einem Teil der Vergussmasse den herausstehenden Teil der Statorwicklung mechanisch und führt Wärme aus diesem Teil zum Statorblechpaket und/oder Motorgehäuse ab. Von Vorteil ist dabei, dass die herausstehenden Teilbereiche der Wicklung über das ansonsten weit entfernte Statorblechpaket entwärmbar sind. Dies ist insbesondere deshalb wichtig, weil in den Umlenkbereichen besonders hohe Temperaturen erreichbar sind, die auch als hot spots bezeichenbar sind.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist der Wärmeübergangswiderstand vom herausstehenden Teil über die Vergussmasse zum Statorblechpaket hin größer als vom herausstehenden Teil zum Motorgehäuse hin. Von Vorteil ist dabei, dass eine verbesserte Entwärmung erreichbar ist.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die Statorwicklung aus Kupfer oder einem Kupfer enthaltenden Material ausgeführt. Von Vorteil ist dabei, dass eine hohe Wärmeleitfähigkeit und geringe ohmsche Verluste erreichbar sind.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die Vergussmasse mit einer hohen spezifischen Wärmeleitfähigkeit ausgeführt, insbesondere mit einer mindestens zehnmal besseren als Luft. Von Vorteil ist dabei, dass die Entwärmung verbesserbar ist, insbesondere für die Umlenkbereich, welche ohne Vergussmasse von Luft umgeben wären.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung weist das Motorgehäuse Kühlkanäle auf, insbesondere von einem Kühlmedium durchströmbare, insbesondere von einem flüssigen Kühlmedium durchströmbare Kühlkanäle. Von Vorteil ist dabei, dass das Motorgehäuse und das an dessen Innenseite anliegende Statorblechpaket gut entwärmbar sind.
Weitere Vorteile ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Die Erfindung wird nun anhand von Abbildungen näher erläutert:
In der 1 ist eine erfindungsgemäßer Elektromotor in Schnittansicht dargestellt.
In der 2 ist ein vergrößerter Ausschnitt dargestellt, der in 1 gekennzeichnet ist.
Dabei ist der Rotor des Motors über Lager 8 im Motorgehäuse 2 gelagert, das an einer Seite mit einem Flanschteil 9 verschlossen ist, wobei ein Dichtring 6 zwischen Flanschteil 9 und Motorgehäuse 2 vorgesehen ist.
Ein Statorblechpaket 1, an dem die Statorwicklung 3 angeordnet ist, ist an der Innenseite des Motorgehäuses 2 vorgesehen, wobei wiederum die Innenseite des Stators mittels einer Statorinnenhülse 4 zum Innenbereich des Motors hin, also zum Rotor hin, begrenzt ist.
Zwischen Statorinnenhülse 4 und Motorgehäuse 2 ist Vergussmasse eingegossen, so dass die Statorwicklung 3 mechanisch stabilisiert gehalten ist und gut wärmeleitend mit dem Motorgehäuse 2 verbunden ist. Hierzu ist die Vergussmasse mit einer entsprechend hohen Wärmeleitfähigkeit ausgeführt. Außerdem sind im Motorgehäuse 2 Kühlkanäle 5 vorgesehen, die mit einem Kühlmedium, vorzugsweise Öl oder Wasser, durchströmbar sind.
Die Statorwicklung 3 steht an beiden axialen Enden axial aus dem Statorblechpaket 1 heraus. Dieser überragende Teil der Statorwicklung ist mittels der Statorinnenhülse 4 und dem diesem benachbart angeordnetem, ebenfalls überragendem Vergussmassenbereich abgestützt.
Am ersten axialen Endbereich des Rotors ist ein Winkelsensor 7 vorgesehen zur Erfassung der Winkellage des Rotors.
Die Statorinnenhülse 4 ist vorzugsweise aus einem Faser-Verbundwerkstoff ausgeführt.
Die Vergussmasse ist aus Epoxidharz und/oder aus einem Polyesterharz ausgeführt, wobei eine Beimischung von vorzugsweise 30 Volumenprozent an Mikropartikeln beigemischt ist.
Die Mikropartikel bestehen aus Silikat, insbesondere in im Wesentlichen in kugeliger Form.
Da das Statorblechpaket an der äußeren Seite des Stators angeordnet ist, insbesondere angrenzend an das Motorgehäuse 2, wird bei Temperaturerhöhungen auf die Statorinnenhülse 4 ein Druck nach innen ausgeübt, der zur Zerstörung der Statorinnenhülse 4 führen könnte. Dies wird jedoch dadurch verhindert, dass die Beimischungen diese Druckkräfte vermindern. Denn die Mikropartikel sind kompressibel ausgeführt, insbesondere wesentlich kompressibler als die restliche Vergussmasse, welche gar nicht oder nur schwer kompressibel ist.
Vorzugsweise werden die Mikropartikel aus Silikatkügelchen ausgeführt. Wichtig ist, dass die Mikropartikel als einen Hohlraum enthaltenden Kügelchen ausgeführt werden.
Bei anderen erfindungsgemäßen Ausführungsbeispielen sind auch Beimischungen zwischen 1 und 50 Volumenprozent vorteilhaft.
In der 3 ist der Aufbau des Stators näher erläutert, wobei in 4 ein vergrößerter Ausschnitt gezeigt ist. Hierbei ist die Statorwicklung als Luftspaltwicklung vorgesehen, also radial innerhalb des Statorblechpakets 1 angeordnet und radial außerhalb des Rotors, wobei zum Rotor in radialer Richtung ein Mindestabstand eingehalten ist.
Die Vergussmasse 40 umgibt und durchdringt die Statorwicklung 3. Da das Statorblechpaket auch axiale Nuten 41 aufweist, in die Vergussmasse eindringt, ist somit die Statorwicklung in Umfangsrichtung formschlüssig gehalten mittels der ausgehärteten Vergussmasse 40.
Die Statorinnenhülse begrenzt also die Vergussmasse. Die Haltefunktion in Umfangsrichtung wird durch die die Nuten 41 ausfüllende Vergussmasse ausgeführt trotz der Partikel in der Vergussmasse, die einerseits die Kompressibilität vergrößern, wobei die Stabilität erhöht wird durch die Statorinnenhülse, und andererseits die Luft- und Kriechstrecken erniedrigen, also die Durchschlagfestigkeit vermindern

1: Statorblechpaket
2: Motorgehäuse
3: Statorwicklung
4: Statorinnenhülse
5: Kühlkanäle
6: Dichtring
7: Winkelsensor
8: Lager
9: Flanschteil
40: Vergussmasse
41: axiale Nut

Claims

Elektromotor, umfassend einen Stator, dessen Statorwicklung von einem Statorblechpaket umgeben sind, dadurch gekennzeichnet, dass eine Statorinnenhülse vorgesehen ist, die den Raumbereich für die Statorwicklung nach innen, also zum Rotor des Motors hin, begrenzt, wobei zwischen Statorblechpaket und Statorinnenhülse die Statorwicklung mittels Vergussmasse vergossen vorgesehen ist, wobei das Statorblechpaket Nuten aufweist, insbesondere an seiner Innenseite, die von der Vergussmasse befüllt sind, so dass die Statorwicklung in Umfangsrichtung mittels der Vergussmasse formschlüssig gehalten ist.
Elektromotor nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Statorwicklung radial innerhalb des Statorblechpakets angeordnet ist, das mehrere am Umfang angeordnete Nuten, insbesondere axiale Nuten, insbesondere am zwischen 4 und 12 Nuten, aufweist, und die Statorwicklung in Vergussmasse eingebettet ist, welche die Nuten ausfüllt und nach radial außen vom Statorblechpaket und nach radial innen von der Statorinnenhülse begrenzt ist.
Elektromotor nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vergussmasse einen Anteil an Partikeln enthält.
Elektromotor nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Anteil an Partikeln zwischen Null und fünfzig Volumenprozente beträgt, insbesondere zwischen 20 und 40 Volumenprozente, insbesondere 30 Volumenprozent.
Elektromotor nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kompressibilität der Partikel größer ist als die Kompressibilität der restlichen Vergussmasse, insbesondere mindestens fünfmal größer, insbesondere mindestens zehnmal größer.
Elektromotor nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Statorinnenhülse aus einem Faser-Verbund-Werkstoff gefertigt ist.
Elektromotor nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vergussmasse ein Epoxidharz und/oder ein Polyesterharz enthält.
Elektromotor nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Partikel im Wesentlichen als Hohlkörper ausgeführt sind, insbesondere mit einem durchschnittlichen Durchmesser zwischen 1 μm und 1 mm, insbesondere zwischen 10 μm und 300 μm.
Elektromotor nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Partikel Silikat oder Silikatglas enthalten, insbesondere in ihrer Wandung.
Elektromotor nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Statorwicklung axial aus dem Statorblechpaket heraussteht.
Elektromotor nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Statorblechpaket in einem dieses umgebenden Motorgehäuse vorgesehen ist.
Elektromotor nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Statorinnenhülse zusammen mit einem Teil der Vergussmasse den herausstehenden Teil der Statorwicklung mechanisch stützt und Wärme aus diesem Teil zum Statorblechpaket und/oder Motorgehäuse abführt.
Elektromotor nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmeübergangswiderstand vom herausstehenden Teil über die Vergussmasse zum Statorblechpaket hin größer ist also vom herausstehenden Teil zum Motorgehäuse hin.
Elektromotor nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Statorwicklung aus Kupfer oder einem Kupfer enthaltenden Material ausgeführt ist.
Elektromotor nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vergussmasse mit einer hohen spezifischen Wärmeleitfähigkeit ausgeführt ist, insbesondere mit einer mindestens zehnmal besseren als Luft und/oder wobei das Motorgehäuse Kühlkanäle aufweist, insbesondere von einem Kühlmedium durchströmbare, insbesondere von einem flüssigen Kühlmedium durchströmbare Kühlkanäle.