-
Die Erfindung bezieht sich auf eine verbesserte elektrische Maschine.
-
Eine elektrische Maschine umfasst einen Rotor und einen Stator.
-
Die elektrische Maschine verfügt über Wicklungen. Diese Wicklungen bestehen aus Kupfer oder aus Aluminium. Die Wicklungen sind in Nuten im Material des Stators und/oder des Rotors oder in Öffnungen im Material wie durchgehende Löcher in Form eines Tunnels oder eines Kanals eingebettet.
-
Das Material des Stators und/oder des Rotors besteht aus Metall. Beim Betrieb der elektrischen Maschine werden Wirbelströme in dieser Metallstruktur erzeugt. Wirbelströme führen zu einem Verlust an elektrischer Energie und steigern die Wärme im Material. Deshalb benötigt die elektrische Maschine zusätzlich eine ausreichende Kühlung.
-
Das Material des Stators und manchmal auch des Rotors besteht aus einem Blechpaket. Die Laminierung umfasst einen Stapel überwiegend identisch geformter Bleche.
-
Endplatten, auch Fingerplatten genannt, halten den Stapel aus laminierten Blechen zusammen und an seinem Platz. Die Endplatten sind jeweils auf jeder Seite der laminierten Bleche angeordnet und durch Bolzen miteinander verbunden, die durch den Stapel aus laminierten Blechen hindurchführen. Die Bolzen verbinden die Endplatten und pressen das Blechpaket zusammen, so dass sich die laminierten Bleche nicht verschieben können.
-
Die Endplatten sind an einer Tragstruktur befestigt, die die laminierten Bleche und Wicklungen trägt.
-
Die Endplatten bestehen überwiegend aus einem massiven Material und sind an die Tragstruktur geschweißt.
-
Aus dem Dokument
DE 2901751 C2 ist es bekannt, Endplatten als einen Stapel aus laminierten Blechen zu erstellen. Dies hat den Vorteil, dass die laminierten Bleche, die für die Endplatten verwendet werden, dieselbe Form wie die laminierten Bleche haben, die im Blechpaket zwischen den Endplatten verwendet werden. Dies vereinfacht die Produktion der Endplatten. Sie werden aus einer Reihe von laminierten Blechen gefertigt und zu einer starren Endplatte verschweißt.
-
Die Wicklungen der elektrischen Maschine führen an zwei Enden der Laminierung durch die Endplatten und bilden den Wicklungskopf.
-
Während der Bereich der laminierten Bleche zu der aktiven Länge der elektrischen Maschine zählt, tragen die Endplatten nicht zur aktiven Länge bei. Die Endplatten weisen übermäßige Wirbelströme mit hohen elektrischen Verlusten auf.
-
Daher kann der Wicklungsabschnitt, der durch die Endplatte führt, nicht für den Zweck der elektrischen Maschine genutzt werden.
-
Das hat den Nachteil, dass eine gewisse Menge an Kupfer oder Aluminium nur genutzt wird, um die Endplatten zu überbrücken, ohne Auswirkung auf das Drehmoment oder Erzeugung elektrischer Energie.
-
Aufgabe der Erfindung ist es, eine verbesserte elektrische Maschine zu schaffen, bei der weniger Wicklungsmaterial zum Überbrücken der Endplatten benötigt wird.
-
Gelöst wird diese Aufgabe durch den Gegenstand gemäß den unabhängigen Ansprüchen. Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
-
Eine elektrische Maschine umfasst eine Tragstruktur, eine Wicklung, ein Blechpaket, das entlang der Wicklung angeordnet ist und die Wicklung stützt.
-
Ein Blechpaket besteht aus elektrisch isolierten laminierten Blechen und bildet eine elektromagnetisch aktive Länge entlang der Wicklung.
-
Die elektrische Maschine umfasst eine Endplatte, wobei die Endplatte an einem Ende des Blechpakets angeordnet ist und mit der Tragstruktur verbunden ist. Die Endplatte ist entlang der Wicklung angeordnet und stützt die Wicklung. Das Blechpaket wird in seiner Position relativ zur Tragstruktur durch die Endplatte fixiert.
-
Die Endplatte ist laminiert und umfasst eine Vielzahl von laminierten Blechen. Die Vielzahl der laminierten Bleche der Endplatte ist zumindest in der an die Wicklung angrenzenden Zone elektrisch voneinander isoliert, damit sie zur elektromagnetisch aktiven Länge entlang der Wicklung der elektrischen Maschine beiträgt.
-
Ein Blechpaket umfasst eine Vielzahl von laminierten Blechen. Die laminierten Bleche sind in Bezug zueinander elektrisch isoliert und so angeordnet, dass sie ein Blechpaket bilden.
-
Das Blechpaket besteht aus isolierten laminierten Blechen, um Wirbelströme in der elektrischen Maschine zu vermeiden. Wirbelströme verursachen Verluste und erzeugen übermäßige Wärme in der elektrischen Maschine.
-
Ein Blechpaket bildet eine elektromagnetisch aktive Länge entlang der Wicklung. Das Blechpaket ist entlang der Wicklung angeordnet. Die Wicklung ist in einer Nut oder Vertiefung in der Laminierung oder in einer durchgehenden Öffnung wie einem Tunnel durch die laminierten Bleche angeordnet.
-
Die elektromagnetisch aktive Länge entlang der Wicklung ist die Länge der Wicklung, die ein Drehmoment in der elektrischen Maschine erzeugt.
-
Am Ende des Blechpakets ist eine Endplatte angeordnet, die das Blechpaket hält. Die Endplatte ist mit der Tragstruktur verbunden. Um das Blechpaket zu halten, muss die Endplatte starr sein. Die Endplatte ist entlang der Wicklung angeordnet und stützt die Wicklung. Die Wicklung wird in einer Nut oder Vertiefung in der Endplatte oder in einem durchgehenden Loch wie einem Tunnel gestützt.
-
Die Endplatte ist laminiert und umfasst eine Vielzahl von laminierten Blechen. Die laminierten Bleche der Endplatten sind elektrisch voneinander isoliert.
-
Die laminierten Bleche sind in zumindest einer der an die Wicklung angrenzenden Zonen voneinander isoliert. Somit gibt es keine elektrisch leitende Verbindung zwischen den laminierten Blechen. Somit lassen sich Wirbelströme unterdrücken, und die elektrischen Verluste in der elektrischen Maschine werden minimiert.
-
Somit tragen die Endplatten zur aktiven Länge der Wicklung der elektrischen Maschine bei. Somit trägt die laminierte Endplatte zur Erzeugung von Drehmoment in einer Wicklung bei. Somit kann bei derselben Menge an Energie, die in der elektrischen Maschine erzeugt wird, die Länge der Wicklung eingespart werden, die der Dicke einer normalen Endplatte entspricht.
-
Somit kann die Wicklung der elektrischen Maschine kürzer konstruiert sein. Die Wicklung einer elektrischen Maschine besteht normalerweise aus Aluminium oder Kupfer. Somit wird Material wie Aluminium oder Kupfer eingespart.
-
Zusätzlich kann die Gesamtlänge der elektrischen Maschine verringert werden. Somit wird Gewicht der elektrischen Maschine eingespart.
-
Die Vielzahl der laminierten Bleche der Endplatte ist miteinander verklebt, um eine starre Endplatte zu bilden. Eine Klebeverbindung ist eine sehr starre Verbindung. Somit ergibt die Klebeverbindung zwischen den die Endplatte bildenden laminierten Blechen eine Endplatte, die dieselben mechanischen Eigenschaften wie eine massive Endplatte aufweist.
-
Eine Klebeverbindung bietet die Möglichkeit einer elektrisch isolierten Verbindung zwischen den laminierten Blechen. Somit sind die Endplatten elektrisch voneinander isoliert miteinander verbunden und die Verbindung ist eine starre Verbindung mit einer hohen mechanischen Steifigkeit der Endplatte.
-
Zwei Endplatten an den Enden eines Blechpakets sind durch einen Bolzen verbunden, der durch das Blechpaket hindurchgeht.
-
Die Endplatten sind mit der Tragstruktur verbunden und halten das Blechpaket an seinem Platz.
-
Die Endplatten sind durch einen Bolzen verbunden. Der Bolzen geht durch ein Loch in einem Blechpaket hindurch. Somit sind die Endplatten verbunden und werden von dem durch das Blechpaket hindurchgehenden Bolzen zusammengepresst.
-
Somit wird das Blechpaket zusammengepresst und ist zwischen den Endplatten eingeklemmt.
-
Der Bolzen ist von den laminierten Blechen und den Endplatten elektrisch isoliert. Somit wird eine elektrische Verbindung zwischen den laminierten Blechen oder den Endplatten und den laminierten Blechen vermieden. Somit werden Wirbelströme in der elektrischen Maschine minimiert. Somit wird die Entwicklung übermäßiger Wärme minimiert.
-
Die laminierten Bleche und die Endplatten haben eine Zone, die an die Wicklung angrenzt, und eine Zone, die an eine Tragstruktur angrenzt, und der Bolzen ist in der an die Tragstruktur angrenzenden Zone angeordnet.
-
Die laminierten Bleche und die Endplatten haben eine Zone, die an die Wicklung angrenzt. Dies ist die Zone der Endplatten und der laminierten Bleche, wo eine Wicklung eingebettet ist. Diese Zone umfasst Vertiefungen oder Nuten, wo die Wicklung gestützt wird.
-
Die Endplatten sind mit der Tragstruktur verbunden. Somit haben die Endplatten eine Zone, die an die Tragstruktur angrenzt. Dies ist die Zone der Endplatten, die an die Tragstruktur angrenzt.
-
Die laminierten Bleche sind entlang einer Wicklung angeordnet und haben eine Oberfläche, die der Tragstruktur gegenüber liegt. Die zu dieser Oberfläche benachbarte Zone ist die an die Tragstruktur angrenzende Zone.
-
Der Bolzen ist in der an die Tragstruktur angrenzenden Zone angeordnet. Speziell in der an die Wicklung angrenzenden Zone sind Wirbelströme unerwünscht. Durch die elektromagnetischen Felder werden Wirbelströme in den Bolzen induziert. Somit erzeugt der Wirbelstrom im Bolzen übermäßige Wärme. Übermäßige Wärme ist in der an die Wicklung angrenzenden Zone unerwünscht.
-
Der Bolzen ist in der an die Tragstruktur angrenzenden Zone angeordnet. Somit wird die übermäßige Wärme nicht in der an die Wicklung angrenzenden Zone erzeugt.
-
Die laminierten Bleche der Endplatten haben dieselbe Form wie die laminierten Bleche des Blechpakets. Somit werden die laminierten Bleche der Endplatten mit demselben Werkzeug wie die laminierten Bleche des Blechpakets hergestellt. Somit ist das Produktionsverfahren einfacher und kostengünstiger.
-
Die Endplatte ist Teil eines Stators der elektrischen Maschine. Eine elektrische Maschine umfasst einen Rotor und einen Stator. Der Stator ist mit der Tragstruktur verbunden.
-
Der Stator der elektrischen Maschine umfasst eine laminierte Endplatte. Die laminierte Endplatte trägt zur elektromechanischen Länge der Wicklung bei. Somit kann die Gesamtlänge des Blechpakets, einschließlich der Endplatten, kürzer gehalten werden. Somit werden Material und Kosten eingespart. Zusätzlich kann das Gewicht der elektrischen Maschine verringert werden.
-
Der Stator ist segmentiert, so dass eine Anzahl von Statorsegmenten den Stator der elektrischen Maschine bilden. Somit ist der Stator modularisiert, und die Module des Stators können separat und unabhängig gebaut werden.
-
Die für das Blechpaket und die Endplatten verwendeten laminierten Bleche werden für die Segmente des Stators dimensioniert und gefertigt. Somit sind die laminierten Bleche kleiner und leichter als für einen kompletten Stator. Somit lassen sich die laminierten Bleche bei der Fertigung und Installation einfacher handhaben. Somit wird der Einsatz schwerer Maschinen bei der Fertigung vermieden. Somit werden Fertigungskosten eingespart.
-
Die elektrische Maschine wird als Generator in einer direkt angetriebenen Windturbine eingesetzt. Direkt angetriebene Windturbinen benötigen Generatoren mit einem großen Durchmesser. Speziell in direkt angetriebenen Windturbinen im Multimegawattbereich ist der elektrische Generator der direkt angetriebenen Windturbine sehr schwer.
-
Somit kann durch Verringerung der Gesamtlänge des Generators Material und Gewicht des elektrischen Generators eingespart werden. Somit kann das Gewicht der den Generator tragenden Tragstruktur verringert werden. Zusätzlich können Gewicht und Material des Turms der Windturbine verringert werden.
-
Die Endplatten der elektrischen Maschine umfassen vorzugsweise mehr als 10 laminierte Bleche, am besten 15 laminierte Bleche.
-
Die Endplatte der elektrischen Maschine umfasst laminierte Bleche mit einer Dicke zwischen 0,75 mm und 2 mm, vorzugsweise 1 mm bis 2 mm.
-
Die Erfindung wird mit Hilfe der Figuren ausführlicher gezeigt. Die Figuren zeigen eine bevorzugte Konfiguration und grenzen den Umfang der Erfindung nicht ein.
-
1 zeigt einen Teil einer elektrischen Maschine.
-
2 zeigt eine Endplatte.
-
3 zeigt eine Tragstruktur.
-
4 zeigt eine Tragstruktur mit einer Endplatte.
-
5 zeigt einen Teil einer elektrischen Maschine nach dem Stand der Technik.
-
6 zeigt einen Vergleich zwischen einem erfindungsgemäßen Teil einer elektrischen Maschine und einem Teil einer elektrischen Maschine nach dem Stand der Technik.
-
1 zeigt einen Teil einer elektrischen Maschine.
-
1 zeigt einen Teil einer elektrischen Maschine. Das Teil umfasst eine Tragstruktur 1 und ein Blechpaket 3.
-
Eine Wicklung 2 ist in das Blechpaket 3 eingebettet. Das Blechpaket 3 stützt die Wicklung 2. Das Blechpaket umfasst eine Zone, die an die Wicklung 2 angrenzt. Dies ist der Teil des Blechpakets 3, der sich nahe der Wicklung 2 befindet.
-
Die Endplatten 4 sind an den beiden Enden des Blechpakets 3 angeordnet. Die Endplatten 4 sind mit der Tragstruktur 1 verbunden. Die Endplatten 4 halten das Blechpaket 3 in einer bestimmten vorgegebenen Position im Verhältnis zur Tragstruktur der elektrischen Maschine.
-
Zusätzlich tragen die Endplatten 4 die Wicklung 2. Die Endplatten umfassen eine Zone, die an die Wicklung 2 angrenzt. Dies ist der Teil der Endplatte 4, der sich nahe der Wicklung 2 befindet.
-
Die laminierten Bleche des Blechpakets 3 können miteinander verbunden werden und durch einen Bolzen an ihrem Platz gehalten werden. Der Bolzen 5 kann an der Position 5 durch die Endplatten 4 und das Blechpaket hindurchgehend angeordnet sein.
-
Der Bolzen 5 ist in einer Zone im Blechpaket 3 und den Endplatten 4 angeordnet, die nahe zur Tragstruktur 1 liegt.
-
Die Endplatten 4 umfassen eine Vielzahl von laminierten Blechen, die auf vorwiegend isolierte Weise verbunden sind.
-
Die Endplatten umfassen 10 bis 15 laminierte Bleche, die miteinander verklebt sind, um eine elektrisch isolierte Verbindung zu schaffen.
-
2 zeigt eine Endplatte.
-
2 zeigt eine Endplatte 4 einer elektrischen Maschine. Die elektrische Maschine in diesem Beispiel ist segmentiert. Eine Anzahl von Segmenten ist so angeordnet, dass sie einen Rotor oder Stator der elektrischen Maschine bildet.
-
Die Endplatte 4 umfasst eine Reihe von Vertiefungen und Zacken. Eine Wicklung wird später in einer Vertiefung angeordnet. Eine Zacke befindet sich dann zwischen zwei
-
Wicklungen. Die Endplatte 4 stützt die Wicklung 2 in den Vertiefungen.
-
Die laminierten Bleche des Blechpakets weisen ebenfalls eine Reihe von Zacken und Vertiefungen auf, wobei die Wicklungen in den Vertiefungen angeordnet sind und von diesen gestützt werden.
-
Die Zacken der Endplatten dienen dazu, die Zacken der laminierten Bleche des Blechpakets an ihrem Platz zu halten.
-
3 zeigt eine Tragstruktur.
-
3 zeigt eine Tragstruktur 1 eines Teils einer elektrischen Maschine. Der Teil der elektrischen Maschine ist ein Segment eines Stators oder Rotors. Es sind mehrere Segmente nebeneinander angeordnet, um einen Stator oder einen Rotor zu bilden.
-
Die Tragstruktur 1 umfasst einen Rahmen, der dafür vorbereitet ist, die Endplatte und das Blechpaket zu halten.
-
Bei Verwendung in einer Windturbine ist die Tragstruktur 1 beispielsweise Teil eines Stators und mit dem feststehenden Teil der Windturbine verbunden.
-
4 zeigt eine Tragstruktur mit einer Endplatte.
-
4 zeigt eine Endplatte 4, die mit der Tragstruktur 1 verbunden ist.
-
5 zeigt einen Teil einer elektrischen Maschine nach dem Stand der Technik.
-
5 zeigt einen Teil einer elektrischen Maschine, wie sie nach dem Stand der Technik bekannt ist. Der Teil der elektrischen Maschine umfasst eine Tragstruktur 1, eine Wicklung 2 und ein Blechpaket 3. Die Wicklungen sind in einer Vertiefung des Blechpakets 3 angeordnet. Somit sind die laminierten Bleche des Blechpakets 3 entlang der Wicklung 2 angeordnet.
-
Die Endplatten 6 sind an den Enden des Blechpakets 3 angeordnet. Die Endplatten 6 dienen dazu, die laminierten Bleche im Blechpaket 3 zusammenzuhalten und das Blechpaket 3 mit der Tragstruktur 1 zu verbinden.
-
Das Blechpaket 3 und die Endplatten 6 stützen die Wicklung 2. Die Endplatten 6 bestehen aus einem massiven Material. Beispielsweise sind sie aus Gusseisen. Die Endplatten 6 sind mit der Tragstruktur verbunden. Bei dieser Verbindung handelt es sich beispielsweise um eine Schweißverbindung.
-
Wirbelströme werden in den Endplatten 6 induziert, wenn die elektrische Maschine in Betrieb ist. Die Wirbelströme erhöhen die Temperatur in den Endplatten und somit die Temperatur in der elektrischen Maschine.
-
Das Blechpaket 3 bildet eine elektromagnetisch aktive Länge entlang der Wicklung 2. Die Endplatten 6 erhöhen die Verluste in der elektrischen Maschine und tragen nicht zur aktiven Länge der elektrischen Maschine bei.
-
6 zeigt einen Vergleich zwischen einem erfindungsgemäßen Teil einer elektrischen Maschine und einem Teil einer elektrischen Maschine nach dem Stand der Technik.
-
6 zeigt einen Teil einer elektrischen Maschine wie in 5 dargestellt im Vergleich zu einem erfindungsgemäßen Teil einer elektrischen Maschine wie in 1 dargestellt.
-
Die Anordnung 7 zeigt einen Teil einer elektrischen Maschine, wie sie nach dem Stand der Technik bekannt ist.
-
Die Anordnung 8 zeigt den Teil der elektrischen Maschine gemäß den Ansprüchen.
-
Das entlang der Wicklung 2 angeordnete Blechpaket 3 trägt zur aktiven Paketlänge 9 bei.
-
In der Anordnung 7 tragen die Endplatten 6 nicht zur aktiven Paketlänge 9 bei. Wirbelströme werden in den Endplatten 6 induziert und führen zu elektrischen Verlusten und zu übermäßiger Wärme in der elektrischen Maschine.
-
In der Anordnung 8 sind die Endplatten 4 laminiert und elektrisch so isoliert, dass sie dieselben elektrischen Eigenschaften wie das Blechpaket 3 zeigen.
-
Somit tragen die Endplatten 4 zur aktiven Länge 9 des Blechpakets 3 bei. Die Verluste der elektrischen Maschine werden verringert. Somit ist der Teil der elektrischen Maschine in der Anordnung 8 auf jeder Seite um den Abstand 10 kürzer als der Teil nach dem Stand der Technik, während er denselben Wirkungsgrad wie der Stand der Technik aufweist.
-
Wegen der geringeren Länge ist die Wicklung 2 in der Anordnung 8 kürzer. Eine Wicklung 2 besteht normalerweise aus Kupfer oder Aluminium. Kupfer und Aluminium sind teure und schwere Materialien.
-
Somit werden mit einer geringeren Länge der Wicklung 2, gezeigt durch den Abstand 10 auf beiden Seiten der Wicklung, Kosten und Gewicht eingespart.
-
Obwohl die vorliegende Erfindung ausführlich unter Bezugnahme auf die bevorzugte Ausführungsform beschrieben wurde, versteht es sich, dass die vorliegende Erfindung nicht auf die dargelegten Beispiele beschränkt ist und ein Fachmann zahlreiche zusätzliche Modifikationen und Varianten vornehmen könnte, ohne den Anwendungsbereich der Erfindung zu verlassen.
-
Zu beachten ist, dass der durchgehende Gebrauch von „ein“ oder „eine“ in dieser Anmeldung keine Mehrzahl ausschließt und „umfassend“ nicht weitere Schritte oder Elemente ausschließt. Zudem lassen sich Elemente, die im Zusammenhang mit verschiedenen Ausführungsformen beschrieben wurden, kombinieren. Weiterhin ist zu beachten, dass Bezugszeichen in den Ansprüchen nicht als den Umfang der Erfindung einschränkend ausgelegt werden dürfen.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
