DE102012100244A1

DE102012100244A1 - Elektrische Maschine mit integriertem Schwingungsgeber

Info

Publication number: DE102012100244A1
Application number: DE102012100244A
Authority: DE
Inventors: Bradley D. Chamberlin; David A. Fulton
Original assignee: Remy Technologies LLC
Current assignee: Remy Technologies LLC
Priority date: 2011-01-14
Filing date: 2012-01-12
Publication date: 2012-07-19
Also published as: US20120181965A1; US8531147B2; BR102012000916A2; CN102594031A

Abstract

Eine elektrische Maschine umfasst ein Gehäuse, einen Stator, der in dem Gehäuse angebracht ist, einen Rotor, der drehbar in dem Gehäuse relativ zu dem Stator angebracht ist, und einen Schwingungsgeber, der in dem Gehäuse angeordnet ist. Der Schwingungsgeber umfasst ein Fühlerelement, das eingerichtet und angeordnet ist, Schwingungen der elektrischen Maschine zu erfassen.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Beispielhafte Ausführungsformen betreffen elektrische Maschinen und insbesondere eine elektrische Maschine mit einem integrierten Schwingungsgeber.
Elektrische Maschinen erzeugen Arbeit aus elektrischer Energie, die durch einen Stator geleitet wird, um eine elektromotorische Kraft in einem Rotor zu erzeugen. Die elektromotorische Kraft erzeugt eine Rotationskraft an dem Rotor. Die Rotation des Rotors wird verwendet, um verschiedene externe Vorrichtungen anzutreiben. Selbstverständlich können elektrische Maschinen ebenso eingesetzt werden, Elektrizität aus einem Arbeitsaufwand zu erzeugen. In beiden Fällen erzeugen elektrische Maschinen derzeit größere Ausgangsleistungen bei höheren Drehzahlen und sie werden in kleineren Einheiten entworfen. Die höheren Leistungsdichten und Drehzahlen führen häufig zu rauen Betriebsbedingungen wie zum Beispiel hohe Innentemperaturen, Schwingungen und dergleichen. Dementsprechend enthalten viele herkömmliche elektrische Maschinen Geber, die zum Beispiel die Statortemperatur, die Gehäusetemperatur, Schwingung und dergleichen überwachen. Typischerweise nehmen die Geber die Form von externen Gebern an, die an einem Gehäuse der elektrischen Maschine angebracht sind. Die Geber umfassen einen separaten Kabelstrang, der zum Beispiel mit einer Steuereinrichtung verbunden ist, die die aufgenommenen Daten liest und/oder aufzeichnet.
KURZBESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Offenbart ist eine elektrische Maschine, die ein Gehäuse, einen Stator, der in dem Gehäuse angebracht ist, einen Rotor, der drehbar in dem Gehäuse relativ zu dem Stator angebracht ist, und einen Schwingungsgeber umfasst, der in dem Gehäuse angeordnet ist. Der Schwingungsgeber umfasst ein Fühlerelement, das eingerichtet und angeordnet ist, Schwingungen der elektrischen Maschine zu erfassen.
Ebenso ist ein Verfahren zum Betrieb einer elektrischen Maschine offenbart, wobei das Verfahren ein Drehen eines Rotors relativ zu einem Stator in einem Gehäuse, Aufnehmen interner Schwingungen der elektrischen Maschine durch einen Schwingungsgeber, der in dem Gehäuse angebracht ist, und Anpassen eines Betriebsparameters der elektrischen Maschine basierend auf den internen Schwingungen umfasst.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die folgende Beschreibung ist nicht einschränkend in irgendeiner Weise aufzufassen. Unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen sind gleiche Elemente gleich nummeriert:
Die Figur ist eine Seitenquerschnittsansicht einer elektrischen Maschine, die einen integrierten Schwingungsgeber in Übereinstimmung mit einer beispielhaften Ausführungsform enthält.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Eine ausführliche Beschreibung einer oder mehrerer Ausführungsformen der offenbarten Vorrichtung und des Verfahrens ist hierin veranschaulichend und nicht einschränkend mit Bezug auf die Figuren dargelegt.
Beispielhafte Ausführungsformen sehen einen Schwingungsgeber vor, der direkt in eine elektrische Maschine integriert ist. Der Ausdruck „in die elektrische Maschine integriert” ist so zu verstehen, einen oder mehrere Geber zu umfassen, die in externen Teilen eines Maschinengehäuses angeordnet sind und/oder ausgebildet sind. Der Schwingungsgeber ist in der elektrischen Maschine angeordnet und nimmt die Schwingungen auf, die während des Betriebs der elektrischen Maschine erzeugt werden. Das Überwachen der Schwingungen verbessert die Maschinenzuverlässigkeit, indem ein Indikator eines Bedarfs zum Anpassen von Betriebsparametern bereitgestellt wird. Das heißt, die Betriebsparameter der elektrischen Maschine können angepasst werden, um ungewollte Schwingungsniveaus zu verringern und/oder einen Bedarf für eine Reparatur zu erkennen. Die Schwingungsgeber können angeordnet werden, um eine relative Maschinenbewegung (Moden) zu überwachen um sicherzustellen, dass die elektrische Maschine nicht außerhalb gewünschter Parameter betrieben wird, die zu einem Schaden führen könnten. Falls zu starke Schwingungen aufgenommen werden, können die Betriebsparameter, z. B. die Drehzahl, Last etc. angepasst werden, um die Schwingungen an ein akzeptables Niveau anzupassen.
Eine elektrische Maschine in Übereinstimmung mit einer beispielhaften Ausführungsform ist allgemein bei 2 in der Figur angegeben. Die elektrische Maschine 2 umfasst ein Gehäuse 4 mit einer ersten und zweiten Seitenwand 6 und 7, die durch eine erste Endwand 8 und eine zweite Endwand oder Abdeckung 10 verbunden sind, um zusammen einen Innenbereich 12 zu definieren. Die erste Seitenwand 6 umfasst eine Innenfläche 16 und die zweite Seitenwand 7 umfasst eine Innenfläche 17. An dieser Stelle ist zu verstehen, dass das Gehäuse 4 ebenso derart aufgebaut sein könnte, dass es eine einzige Seitenwand mit einer durchgehenden Innenfläche umfasst. Die elektrische Maschine 2 ist ferner dargestellt, einen Stator 24 zu enthalten, der an den Innenflächen 16 und 17 der ersten und zweiten Seitenwände 6 und 7 angeordnet ist. Der Stator 24 umfasst einen Körper 28, der einen ersten Endteil 29 aufweist, der sich zu einem zweiten Endteil 30 erstreckt, der mehrere Wicklungen 36 trägt. Die Wicklungen 36 umfassen einen ersten Wicklungskopfteil 40 und einen zweiten Wicklungskopfteil 41.
Die elektrische Maschine 2 ist ebenfalls dargestellt, eine Welle 54 zu umfassen, die drehbar in dem Gehäuse 4 gehalten wird. Die Welle 54 umfasst ein erstes Ende 56, das sich durch einen Zwischenteil 59 zu einem zweiten Ende 57 erstreckt. Das erste Ende 56 ist drehbar relativ zu der zweiten Endwand 10 durch ein erstes Lager 63 gehalten und das zweite Ende 57 ist drehbar relativ zu der ersten Endwand 8 durch ein zweites Lager 64 gehalten. Die Welle 54 trägt einen Rotor 70, der drehbar in dem Gehäuse 4 angebracht ist. Der Rotor 70 umfasst eine Nabe 74, die relativ an dem Zwischenteil 59 befestigt ist, und ein Rotorblechpaket 79. Das Rotorblechpaket 79 umfasst mehrere Blechungen, von denen eine bei 84 angegeben ist. Die Blechungen 84 sind derart gestapelt und ausgerichtet, dass sie eine Außendurchmesserfläche 87 des Rotorblechpakets 79 definieren.
Die elektrische Maschine 2 ist elektrisch mit einer Motorsteuerkonsole 97 durch einen Kabelstrang 99 verbunden. Der Kabelstrang 99 umfasst mehrere Stromleiter, von denen einer bei 104 angegeben ist, die den Stator 24 elektrisch mit einer Stromquelle 108 verbinden, die in der Motorsteuerkonsole 97 angeordnete Anschlüsse (nicht dargestellt) aufweist. Die Motorsteuerkonsole 97 beherbergt ebenfalls eine Steuereinrichtung 114, die eingesetzt werden kann, den Motorstart, die Motordrehzahl und/oder das Motorabschalten sowie verschiedene andere Betriebsparameter der elektrischen Maschine 2 zu steuern.
In der dargestellten beispielhaften Ausführungsform ist die Steuereinrichtung 114 mit einem Schwingungsgeber 140 verbunden, der in dem Gehäuse 4 angeordnet ist. Der Schwingungsgeber 140 kann ein Beschleunigungsaufnehmer, ein Dehnungsmessstreifen oder eine andere Schwingungsgebervorrichtung sein. Wie dargestellt ist, umfasst der Schwingungsgeber 140 ein Fühlerelement 143, das elektrisch mit der Steuereinrichtung 114 durch eine Messleitung 145, die einen Teil des Kabelstrangs 99 bildet, verbunden. In Übereinstimmung mit einem Aspekt der beispielhaften Ausführungsform ist der Schwingungsgeber 140 an dem ersten Lager 63 angebracht. Ein zusätzlicher Schwingungsgeber 150 mit einem Fühlerelement 153 ist an dem zweiten Lager 64 angeordnet. Zusätzlich zu den Gebern 140 und 150, die an dem ersten und zweiten Lager 63 und 64 angeordnet sind, enthält die elektrische Maschine 2 Schwingungsgeber, die an dem Gehäuse 4 angebracht sind. Insbesondere enthält die elektrische Maschine 2 Schwingungsgeber 155 und 160, die an der Seitenwand 6 angeordnet sind, und Schwingungsgeber 165 und 170, die in der Seitenwand 7 angeordnet sind. Die Schwingungsgeber 150, 155, 160, 165 und 170 enthalten jeweils korrespondierende Fühlerelemente 173, 176, 179 und 181, die elektrisch mit der Steuereinrichtung 114 durch Messleitungen (nicht dargestellt) verbunden sind, die durch das Kabel 99 führen.
Mit dieser Anordnung überwacht die Steuereinrichtung 114 Schwingungen, die durch die elektrische Maschine 2 erzeugt werden. Durch die Schwingungsgeber 140, 150, 155, 160, 165 und 170 überwacht die Steuereinrichtung 114 eine relative Maschinenbewegung (Moden) um sicherzustellen, dass die elektrische Maschine 2 nicht außerhalb gewünschter Parameter betrieben wird, was zu einem Schaden führen könnte. In dem Fall, dass die aufgenommenen Schwingungen vorherbestimmte Niveaus überschreiten, passt die Steuereinrichtung 114 die Betriebsparameter der elektrischen Maschine 2 an. Wenn zum Beispiel die Schwingungsniveaus das vorherbestimmte Niveau überschreitet, kann die Steuereinrichtung 114 die Drehzahl der Welle 54 reduzieren oder ein Getriebe oder Kupplungen anpassen, um eine Last auf die elektrische Maschine 2 zu ändern bis die Schwingungsniveaus zu akzeptablen Niveaus zurückkehren.
Obwohl die Erfindung mit Bezug auf eine beispielhafte Ausführungsform oder Ausführungsformen beschrieben wurde, ist von den Fachleuten zu verstehen, dass verschiedene Änderungen durchgeführt werden können und Äquivalente durch Elemente hiervon ersetzt werden können, ohne den Geltungsbereich der Erfindung zu verlassen. Außerdem können viele Modifikationen durchgeführt werden, um eine bestimmte Situation oder Material an die Lehren der Erfindung anzupassen, ohne den wesentlichen Geltungsbereich hiervon zu verlassen. Daher Ist es beabsichtigt, dass die Erfindung nicht auf die spezielle Ausführungsform beschränkt ist, die als die beste erachtete Art zur Ausführung dieser Erfindung offenbart ist, sondern dass die Erfindung alle Ausführungsformen einschließt, die in den Geltungsbereich der Ansprüche fallen.

Claims

Elektrische Maschine, aufweisend: ein Gehäuse; einen Stator, der in dem Gehäuse angebracht ist; einen Rotor, der drehbar in dem Gehäuse relativ zu dem Stator angebracht ist; und einen Schwingungsgeber, der in dem Gehäuse integriert ist, wobei der Schwingungsgeber ein Fühlerelement umfasst, das eingerichtet und angeordnet ist, Schwingungen der elektrischen Maschine zu erfassen.
Elektrische Maschine nach Anspruch 1, ferner aufweisend: eine Welle, die in dem Gehäuse angebracht ist, wobei die Welle ein erstes Ende aufweist, das sich über einen Zwischenteil zu einem zweiten Ende erstreckt, wobei der Schwingungsgeber an dem ersten oder zweiten Ende der Welle angebracht ist.
Elektrische Maschine nach Anspruch 2, ferner aufweisend: ein erstes Lager, das an dem ersten Ende der Welle angebracht ist, und ein zweites Lager, das an dem zweiten Ende der Welle angebracht ist, wobei der Schwingungsgeber benachbart zu dem entsprechenden ersten oder zweiten Lager angebracht ist.
Elektrische Maschine nach Anspruch 2, ferner aufweisend: einen weiteren Schwingungsgeber, der an einem anderen ersten oder zweiten Ende der Welle angebracht ist.
Elektrische Maschine nach Anspruch 2, ferner aufweisend: einen weiteren Schwingungsgeber, der an einer Innenfläche des Gehäuses angebracht ist.
Elektrische Maschine nach Anspruch 5, wobei der weitere Schwingungsgeber mehrere Schwingungsgeber umfasst, die an einer Innenfläche des Gehäuses angebracht sind.
Elektrische Maschine nach Anspruch 1, ferner aufweisend: eine Motorsteuerkonsole, die eine Stromquelle und eine Steuereinrichtung umfasst, wobei die elektrische Maschine elektrisch mit der Motorsteuerkonsole durch ein Kabel verbunden ist, wobei das Kabel einen. Stromleiter enthält, der den Stator und die Stromquelle elektrisch verbindet, und eine Messleitung, die den Schwingungsgeber und die Steuereinrichtung elektrisch verbindet.
Elektrische Maschine nach Anspruch 1, wobei der Schwingungsgeber ein Beschleunigungsaufnehmer oder ein Dehnungsmessstreifen ist.
Verfahren zum Betrieb einer elektrischen Maschine, wobei das Verfahren aufweist: Drehen eines Rotors relativ zu einem Stator in einem Gehäuse; Aufnehmen interner Schwingungen der elektrischen Maschine durch einen Schwingungsgeber, der in dem Gehäuse angebracht ist; und Anpassen eines Betriebsparameters der elektrischen Maschine basierend auf den internen Schwingungen.
Verfahren nach Anspruch 9, ferner aufweisend: Aufnehmen interner Schwingungen an mehreren Stellen in dem Gehäuse; Ermitteln einer relativen Bewegung der elektrischen Maschine basierend auf den internen Schwingungen an mehreren Stellen; und Anpassen des Betriebsparameters der elektrischen Maschine basierend auf der relativen Bewegung.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei das Anpassen eines Betriebsparameters der elektrischen Maschine ein Ändern einer Drehzahl des Rotors umfasst.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei das Anpassen eines Betriebsparameters der elektrischen Maschine ein Ändern einer mit der elektrischen Maschine verbundenen Betriebslast umfasst.