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Die Erfindung betrifft eine Elektromaschine, insbesondere fremderregte Synchronmaschine.
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Bei Elektromaschinen ist es bekannt, einen Anschlusskasten vorzusehen, in welchem Anschlussvorrichtungen zur Herstellung der elektrischen Verbindung zwischen Versorgungsleitungen und Statorwicklungsleitungen der Elektromaschine angeordnet sind.
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So ist aus der
DE 44 35 510 C1 ist ein frequenzumrichtergespeistes Pumpenrad bekannt.
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Aus der
JP 2008 -131672 A ist eine Kühlstruktur für einen Umrichter bekannt.
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Aus der
WO 2006/090112 A1 ist eine Erregeranordnung für den Rotor einer supraleitenden Elektromaschine bekannt.
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Aus der
DE 172336 A ist ein umlaufender Feldmagnet mit Magneteschenkeln und aufgesetzten Polschuhen bekannt.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Elektromaschine, insbesondere fremderregte Synchronmaschine, weiterzubilden, wobei die Sicherheit erhöht sein soll, insbesondere bei geringem Bauraum.
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Erfindungsgemäß wird die Aufgabe bei der Elektromaschine nach den in Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst.
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Wichtige Merkmale der Erfindung bei der Elektromaschine, insbesondere fremderregte Synchronmaschine, sind, dass sie einen auf dem Motorgehäuse aufgesetzt vorgesehenen Anschlusskasten umfasst,
wobei die Statorwicklung der Elektromaschine aus einer Leistungselektronik gespeist wird, deren Ansteuersignale von einer Signalelektronik erzeugt werden,
wobei
der Anschlusskasten ein mit dem Motorgehäuse verbundenes Anschlusskastenunterteil und mindestens zwei Anschlusskastendeckel umfasst, die jeweils mit dem Anschlusskastenunterteil verbunden sind, insbesondere schraubverbunden sind,
wobei die Signalelektronik und die Leistungselektronik in Umfangsrichtung voneinander beabstandet vorgesehen sind, insbesondere also von der Rotorachse aus gesehen in unterschiedlichen Winkelbereichen angeordnet sind,
wobei der erste Anschlusskastendeckel den Raumbereich der Signalelektronik zumindest teilweise gehäusebildend umgibt,
wobei ein weiterer Anschlusskastendeckel den Raumbereich der Leistungselektronik zumindest teilweise gehäusebildend umgibt.
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Von Vorteil ist dabei, dass die Entwärmung der Signalelektronik und Leistungselektronik über unterschiedliche Wege erfolgt und insbesondere eine räumliche Trennung zwischen den beiden Sorten von Elektronik einhaltbar ist, da diese nur bis zu unterschiedlichen maximalen Endtemperaturen belastbar sind. Die Sicherheit ist somit erhöht.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die Verbindung des weiteren Anschlusskastendeckels mit dem Anschlusskastenunterteil nur lösbar nach dem Lösen der Verbindung des ersten Anschlusskastendeckels mit dem Anschlusskastenunterteil. Von Vorteil ist dabei, dass die Sicherheit erhöht ist, da Hochspannung führende Teile erst nach dem sukzessiven Öffnen von Gehäusedeckeln zugänglich gemacht werden.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung deckt eine Nase des ersten Anschlusskastendeckels die Verbindungsschrauben zur Verbindung eines weiteren Anschlusskastendeckels mit dem Anschlusskastenunterteil ab. Von Vorteil ist dabei, dass nur ein sukzessives Lösen und Entfernen der Anschlusskastendeckel ermöglicht ist. Somit ist die Sicherheit erhöht.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung weist zumindest einer der Anschlusskastendeckel Kühlrippen und/oder Kühlfinger auf. Von Vorteil ist dabei, dass die Entwärmung verbessert ist.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung weist das Motorgehäuse einen Eintrittsraumbereich für ein Kühlmedium auf, aus dem mehrere Kühlkanäle herausgeführt sind, die in Umfangsrichtung verlaufen und in einem gemeinsamen Austrittsraumbereich münden,
wobei der Anschluss für Kühlmediumeinlass mit dem Eintrittsraumbereich und der Anschluss für Kühlmediumauslass mit dem Austrittsraumbereich verbunden sind. Von Vorteil ist dabei, dass eine gleichmäßige Verteilung des Kühlmediums erreichbar ist und somit eine verbesserte Entwärmung.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung verbreitert der Querschnitt der Kühlkanäle sich in Umfangsrichtung zunehmend. Von Vorteil ist dabei, dass eine verbesserte Druckverteilung erreichbar ist.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die Erregerwicklung aus einer Sekundärwicklung versorgt, welche sich zumindest über den gleichen radialen oder axialen Teilbereich erstreckt wie die Primärwicklung,
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insbesondere wobei die Primärwicklung im gleichen radialen Bereich wie ein Lager des Rotors der Elektromaschine angeordnet ist. Von Vorteil ist dabei, dass eine einfache Demontage des Lagerschildes zu Wartungszwecken ausführbar ist und wenig Bauvolumen beansprucht wird.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die Leistungselektronik am Motorgehäuse verbunden, insbesondere aufgeschraubt angeordnet, insbesondere wobei die Leistungselektronik im Wesentlichen über das Motorgehäuse und das Kühlmedium entwärmt wird. Von Vorteil ist dabei, dass eine leistungsstarke Entwärmung zusammen mit der Entwärmung der Statorwicklung ausführbar ist.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung sind im Raumbereich für Signalelektronik auch Anschlussvorrichtungen für Versorgungsleitungen und Netzfilter angeordnet. Von Vorteil ist dabei, dass bei eine optimale Ausnutzung des Volumens des Anschlusskastens erreichbar ist.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung wird die Primärwicklung mit einem Wechselstrom beaufschlagt, dessen Frequenz zwischen 10 und 500 kHz liegt. Von Vorteil ist dabei, dass ein hoher Wirkungsgrad erreichbar ist.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung werden Daten zwischen einer am Rotor vorgesehenen elektronischen Schaltung und einer mit der Primärwicklung elektrisch verbundenen Schaltung ausgetauscht, indem höher frequente Stromanteile auf die Primärwicklung und/oder Sekundärwicklung aufmoduliert oder demoduliert werden. Von Vorteil ist dabei, dass eine Datenübertragung ohne aufwendige zusätzliche Komponenten erreichbar ist.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist der Rotor als Schenkelpolrotor ausgebildet, um dessen Schenkel jeweils eine Feldspule der Erregerwicklung vorgesehen ist, wobei die Erregerwicklung samt zugehörigen Schenkelbereichen von einer Hülse aus Verbundmaterial, insbesondere Faserverbundmaterial, umgeben ist. Von Vorteil ist dabei, dass die Sicherheit weiter erhöht ist.
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Weitere Vorteile ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Die Erfindung wird nun anhand von Abbildungen näher erläutert:
- In den 1 bis 7 ist ein erstes Ausführungsbeispiel gezeigt.
- In der 1 ist eine erfindungsgemäße Elektromaschine schematisch in Schrägansicht dargestellt.
- In der 2 ist die Elektromaschine aus einer anderen Blickrichtung dargestellt.
- In der 3 ist eine Vorderansicht gezeigt.
- In der 4 ist eine Schnittansicht gezeigt.
- In der 5 ist eine Schrägansicht bei abgehobenem Anschlusskastendeckel gezeigt.
- In der 6 ist ein Motorgehäuseteil zur Kühlmittelführung gezeigt.
- In der 7 ist eine Seitenansicht bei abgehobenem Anschlusskastenoberteil gezeigt mit Blickrichtung auf die Leistungselektronik.
- In den 8 bis 14 ist ein weiteres ähnlich aufgebautes Ausführungsbeispiel gezeigt.
- In der 8 ist eine Schrägansicht gezeigt, wobei die Innenverzahnung der Rotorwelle 81 und die Nasen aufweisenden Anschlusskastendeckel (4, 80) gezeigt sind. Außerdem ist dort erkennbar, dass die Nasen jeweils Verbindungsschrauben für den benachbarte Anschlusskastendeckel unzugänglich machen.
- In der 9 ist im Unterschied zur 8 der erste Anschlusskastendeckel 4 abgehoben dargestellt.
- In der 10 ist eine Kühlrippen aufweisende Anschlusskastenplatte 84 abgehoben dargestellt.
- In der 11 ist dann auch der weitere Anschlusskastendeckel 80 abgehoben, so dass die Verbindungsschrauben des weiteren Anschlusskastendeckels 5 frei zugänglich sind und auch die umlaufende Dichtung 111 sichtbar.
- In der 12 ist auch der Anschlusskastendeckel 80 abgehoben und somit die Leistungselektronik 70 sichtbar.
- In der 13 ist ein Querschnitt durch den Rotor gezeigt, wobei die Feldspulen der Erregerwicklung 44 um die Schenkel des Rotorblechpakets 120 vorgesehen sind. Dabei ist Vergussmasse 122 vorgesehen, um die mechanische Festigkeit zu erhöhen und die Wärmeabfuhr zu verbessern. Außerdem ist eine Hülse aus Faserverbundmaterial vorgesehen, die einen sicheren Zusammenhalt auch bei hohen Drehzahlen und somit hohen Fliehkräften bewirkt.
- In der 14 ist ein Querschnitt durch die Elektromaschine gezeigt, bei der auch der Drehübertrager, umfassend die Primärwicklung 40 und die axial gegenüber stehende Sekundärwicklung 41 gezeigt ist. Dabei ist die Primärwicklung 40 radial außerhalb um das im Lagerschild 9 angeordnete Lager 42 herum angeordnet. Das Primärteil ist dabei in einer axial zum Rotor hin offenen ringsförmigen Ausnehmung des Lagerschildes vorgesehen und benötigt somit keinen zusätzlichen axialen Bauraum.
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Das Gehäuse der Elektromaschine umfasst ein Motorgehäuseteil 8, an dessen erstem axialen Endbereich ein abtriebsseitiges Lagerschild 1 vorgesehen ist, in dem die Rotorwelle über ein Lager gelagert ist. Am anderen axialen Endbereich ist die Rotorwelle über ein Lager 42 im am anderen axialen Endbereich des Motorgehäuseteils 8 verbundenen Lagerschild 9 gelagert.
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Die Rotorwelle 2 ist abtriebsseitig mit einer Verzahnung, insbesondere Außenverzahnung, ausgeführt.
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Auf dem Rotor ist ein Blechpaket mit einer Erregerwicklung 44 angeordnet, die aus einer mit dem Rotor drehfest verbundenen Sekundärwicklung 41 mit nachgeordnetem Gleichrichter versorgt wird und induktiv der Primärwicklung 40 gekoppelt ist, welche am Lagerschild 9 angeordnet ist.
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Sekundärwicklung und Primärwicklung sind als Ringwicklungen vorgesehen und erstrecken sich axial über denselben Bereich.
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Der Stator weist ein Statorblechpaket 43 auf, an dem die Statorwicklung angeordnet ist.
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Der Anschlusskasten der Elektromaschine weist ein Anschlusskastenunterteil 50 auf, das auf dem Motorgehäuse 8 aufgesetzt vorgesehen ist. Auf das Anschlusskastenunterteil 50 sind Anschlusskastendeckel aufgesetzt, die an ihrer Außenseite Kühlrippen aufweisen.
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Hierbei ist ein erster Anschlusskastendeckel 4 zum Abdecken des Anschlussbereichs der Versorgungsleitungen und zum Abdecken der Signalelektronik vorgesehen, die somit über diesen Deckel entwärmt wird. Der Wärmeübergangswiderstand von der Signalelektronik zum Anschlusskastendeckel 4 ist kleiner als der Wärmeübergangswiderstand von der Signalelektronik zum Motorgehäuse hin. Außerdem sind Netzfilter vom ersten Anschlusskastendeckel 4 abgedeckt.
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Die am Umfang der Elektromaschine in Umfangsrichtung weiter entfernt liegende Leistungselektronik 70, umfassend die Schalter eines Wechselrichters, welche aus der Signalelektronik pulsweitenmodulierte Ansteuersignale erhält, ist mittels des weitere Anschlusskastendeckels 5 abgedeckt. Die Leistungselektronik ist zum Motorgehäuse hin schraubverbunden, so dass die Entwärmung über das Motorgehäuse erfolgt. Dieses umfasst das Motorgehäuseteil 62, das, welches Ausnehmungen aufweist zur Bildung von einem Kühlwassereintrittsbereich 61, aus dem die Kühlkanäle versorgt sind mit Kühlwasser. Die Kühlkanäle verlaufen in Umfangsrichtung und münden an der in Umfangsrichtung dem Kühlwassereinlass 7 gegenüberliegenden Bereich in wiederum einen Sammelbereich, in den auch der Kühlwasserauslass 6 mündet.
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Dabei sind der Kühlwassereintrittsbereich 61 und der Kühlwasseraustrittsbereich sehr groß ausgeführt, so dass die axial vorne und hinten liegenden Kühlkanäle 60 ungefähr gleich gut versorgt sind.
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Bei kleinerer Ausführung des Eintrittsbereiches 61 sind die Kühlkanäle vorzugsweise im Mündungsbereich zum Eintrittsbereich 61 hin mit einem sehr dünnen Querschnitt ausgeführt und verbreitern sich in Umfangsrichtung. Auf diese Weise ist eine Steuerung des Druckes derart bewirkbar, dass die Kühlkanäle möglichst gleich gut mit Kühlwasser beaufschlagt sind.
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Der erste Anschlusskastendeckel 4 deckt also den Raumbereich 41 für Leistungselektronik 70 ab und der weitere Anschlusskastendeckel 5 deckt den Raumbereich 52 für Signalelektronik ab.
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In einem weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel weist der erste Anschlusskastendeckel 4 eine Nase auf, die Verbindungsschrauben abdeckt, mit welchen der weitere Anschlusskastendeckel 5 am Motorgehäuse befestigt ist. Somit kann nur nach dem Lösen der Befestigungsschrauben, mit welchen der erste Anschlusskastendeckel am Motorgehäuse angeschraubt ist, und Entfernen des ersten Anschlusskastendeckels das Lösen von Befestigungsschrauben des weiteren Anschlusskastendeckels ausgeführt werden. Auf diese Weise ist eine Mindestzeit gesichert, beispielsweise 5 Sekunden, die benötigt wird, bis der Bediener bei Wartungen oder Reparaturen an die Leistungselektronik und somit hohe Spannungen führenden Teile herankommt.
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Mit einem Sicherungskontakt, der bei Lösen der Schrauben oder des ersten Anschlusskastendeckels 4 ausgelöst wird, ist eine Stromabschaltung für die Elektromaschine bewirkt. Durch die an den Auslösezeitpunkt sich anschließende Mindestzeitdauer wird die Sicherheit erhöht, insbesondere der Schutz gegenüber Berührung von spannungsführenden Teilen, da in der Mindestzeitdauer die gefährlichen Spannungen abgebaut werden.
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Wie in 8 gezeigt, ist in einem weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel statt der Außenverzahnung eine Innenverzahnung am axialen Endbereich der Rotorwelle 81 vorgesehen.
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Wie in 14 gezeigt, sind sich bei diesem Ausführungsbeispiel Sekundärwicklung und Primärwicklung ebenfalls als Ringwicklungen vorgesehen und erstrecken sich radial über denselben Bereich. Sie stehen sich somit axial gegenüber. Dabei ist die Primärwicklung radial außerhalb des Lagers im Lagerschild angeordnet und benötigt keinen zusätzlichen Bauraum. Die Demontage des Lagerschildes ist sehr schnell und einfach ausführbar.
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Die Innenverzahnung des Rotors ist axial im Bereich des zugehörigen Motorlagers vorgesehen. Somit ist eine erhöhte Querkraftsteifigkeit erreichbar.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Lagerschild, abtriebsseitig
- 2
- Rotorwelle mit Verzahnung, insbesondere Außenverzahnung
- 3
- Anschlussbereich
- 4
- erster Anschlusskastendeckel
- 5
- weiterer Anschlusskastendeckel
- 6
- Kühlwasserauslass
- 7
- Kühlwassereinlass
- 8
- Motorgehäuse
- 9
- Lagerschild
- 40
- Primärwicklung
- 41
- Sekundärwicklung
- 42
- Lager
- 43
- Statorblechpaket
- 44
- Erregerwicklung mit Blechpaket
- 50
- Anschlusskastenunterteil
- 51
- Raumbereich für Leistungselektronik
- 52
- Raumbereich für Signalelektronik
- 60
- Kühlkanäle
- 61
- Kühlwassereintrittsbereich
- 62
- Motorgehäuseteil
- 70
- Leistungselektronik
- 80
- weiterer Anschlusskastendeckel
- 81
- Rotorwelle mit Verzahnung, insbesondere Innenverzahnung
- 82
- Verbindungsschrauben
- 83
- Verbindungsschrauben
- 84
- Anschlusskastenplatte
- 110
- Raumbereich für Netzfilter
- 111
- umlaufende Dichtung
- 120
- Schenkel des Rotorblechpakets
- 121
- Hülse aus Faserverbundmaterial
- 122
- Vergussmasse
