DE102014218542A1 - Bearing stator for axial magnetic bearings - Google Patents
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Abstract
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Stator (01) umfassend eine ringförmige Elektroblechanordnung mit einer Vielzahl von in Umfangsrichtung aneinander gereihter Elektrobleche (02). Erfindungswesentlich ist, dass die Elektrobleche (02) eine Profilierung (03) aufweisen, wobei angrenzende Elektrobleche (02) zumindest abschnittsweise aneinander anliegen. Des Weiteren betrifft die Erfindung auch ein Axialmagnetlager umfassend einen derartigen Stator (01) sowie mindestens eine ringförmige Spule, welche in die Elektroblechanordnung des Stators (01) zum Erzeugen eines Magnetfeldes in der Elektroblechanordnung eingebracht ist.The present invention relates to a stator (01) comprising an annular electric sheet assembly having a plurality of circumferentially arranged juxtaposed electrical sheets (02). It is essential to the invention that the electrical sheets (02) have a profiling (03), wherein adjacent electrical sheets (02) abut one another at least in sections. Furthermore, the invention also relates to an axial magnetic bearing comprising such a stator (01) and at least one annular coil which is incorporated in the electrical sheet arrangement of the stator (01) for generating a magnetic field in the electric sheet assembly.
Description
Gebiet der ErfindungField of the invention
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Stator insbesondere für ein Axialmagnetlager.The present invention relates to a stator, in particular for an axial magnetic bearing.
Hintergrund der ErfindungBackground of the invention
Aktive Axialmagnetlager bestehen aus zwei Statoren, welche als ringförmige Elektromagnete ausgeführt sind. Zwischen den Elektromagneten ist eine Scheibe aus weichmagnetischem Material angeordnet, die fest mit der axial zu lagernden Welle verbunden ist. Beide Elektromagnete schließen mit der Scheibe je einen magnetischen Kreis, über welchen eine Kraft auf die Scheibe aufgebracht wird. Durch geeignete Ansteuerung der Elektromagnete lässt sich die Scheibe an einer definierten axialen Position zwischen den Elektromagneten halten. Auf diese Weise kann die Welle berührungslos axial gelagert werden.Active axial magnetic bearings consist of two stators, which are designed as annular electromagnets. Between the electromagnets a disc of soft magnetic material is arranged, which is fixedly connected to the axially to be supported shaft. Both electromagnets close to the disc each have a magnetic circuit, via which a force is applied to the disc. By suitable control of the electromagnets, the disc can be held at a defined axial position between the electromagnets. In this way, the shaft can be axially supported without contact.
In der Vergangenheit bestanden die Statoren in der Regel aus einem Statorkern aus weichmagnetischem Vollmaterial, in dessen Nut eine ringförmige Spule eingebracht ist. Ein Nachteil dieser massiven Bauweise ist, dass bei Feldänderungen Wirbelströme im Statorkern entstehen, die infolge ihres erzeugten Gegenfeldes die Feldänderung verzögern. Dies erschwert insbesondere bei dynamischen Lasten die Regelbarkeit des Axialmagnetlagers. Zur Beseitigung dieser nachteiligen Wirkung ist es bekannt, den Eisenkern bei Elektromotoren geblecht auszuführen, um hierdurch die Wirbelströme zu reduzieren. Die Verwendung geblechter Staturen für Axialmagnetlager kann gleichfalls dem Stand der Technik entnommen werden.In the past, the stators usually consisted of a stator core of soft magnetic solid material, in the groove of an annular coil is introduced. A disadvantage of this massive design is that when field changes eddy currents in the stator core arise that delay the field change due to their generated opposing field. This complicates the controllability of the axial magnetic bearing, in particular with dynamic loads. To eliminate this adverse effect, it is known to perform the iron core in electric motors laminated, thereby reducing the eddy currents. The use of flat statures for axial magnetic bearings can also be taken from the prior art.
Die
Die
Zusammenfassung der ErfindungSummary of the invention
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin einen geblechten Stator insbesondere für ein Axialmagnetlager zur Verfügung zu stellen, welcher einen hohen Eisenfüllfaktor aufweist und gleichzeitig aufwandsarm zu fertigen und zu montieren ist. Des Weiteren soll ein Axialmagnetlager mit einem verbesserten Wirkungsgrad zur Verfügung gestellt werden.The object of the present invention is to provide a laminated stator, in particular for an axial magnetic bearing, which has a high iron filling factor and at the same time is inexpensive to manufacture and assemble. Furthermore, it is intended to provide an axial magnetic bearing with improved efficiency.
Zur Losung der erfindungsgemäßen Aufgabe dient zunächst ein Stator gemäß dem beigefügten Anspruch 1. Der erfindungsgemäße Stator umfasst eine ringförmige Elektroblechanordnung mit einer Vielzahl von in Umfangsrichtung aneinander gereihter Elektrobleche. Erfindungswesentlich ist, dass die Elektrobleche eine Profilierung aufweisen. Angrenzende Elektrobleche liegen zumindest abschnittsweise aneinander.To solve the object of the invention, initially a stator is used according to the appended claim 1. The stator according to the invention comprises an annular electrical sheet assembly having a plurality of circumferentially juxtaposed electrical sheets. It is essential to the invention that the electrical steel sheets have a profiling. Adjacent electrical sheets are at least partially adjacent to each other.
Durch die erfindungsgemäße Verwendung von profilierten Elektroblechen können die Elektrobleche dichter gestapelt werden, wodurch sich der nicht nutzbare Luftraum zwischen den Elektroblechen verringert. Eine Verringerung des nicht nutzbaren Luftraums geht einher mit einer Erhöhung des Eisenfüllfaktors. Ein erhöhter Eisenfüllfaktor hat wiederum einen positiven Einfluss auf die Zugkraft eines mit einem derartigen Stator ausgestatteten Axialmagnetlagers, da der Anteil an Eisenmaterial am Luftspalt zwischen Scheibe und Stator direkt in die Tragkraft des Axialmagnetlagers eingeht.By the use according to the invention of profiled electric sheets, the electric sheets can be stacked more densely, whereby the unusable air space between the electric sheets is reduced. A reduction in unusable airspace is accompanied by an increase in the iron filling factor. An increased iron filling factor in turn has a positive influence on the tensile force of an axial magnetic bearing equipped with such a stator, since the proportion of iron material at the air gap between the disk and the stator is incorporated directly into the load capacity of the axial magnetic bearing.
Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung ist darin zu sehen, dass sie eine verhältnismäßig aufwandsarme Fertigung und Montage ermöglicht. Zur Fertigung des Stators muss lediglich eine entsprechende Anzahl gleichartiger profilierter Elektrobleche zur Verfügung gestellt werden, welche in Umfangsrichtung zur Ausbildung eines ringförmigen Stators aneinander gereiht werden. Beim Aneinanderreihen greifen die Profile benachbarter Elektrobleche zumindest abschnittsweise ineinander ein, wodurch sie sich auch ohne zusätzliche Verbindungsmittel nicht ohne weiteres voneinander lösen können.Another advantage of the solution according to the invention is the fact that it allows a relatively low-cost production and assembly. For the production of the stator, only a corresponding number of similar profiled electrical sheets must be made available, which are lined up in the circumferential direction to form an annular stator to each other. When juxtaposing the profiles of adjacent electric sheets engage at least partially in one another, which they can not easily solve each other without additional connecting means.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform weisen die Elektrobleche eine gleichmäßige Profilierung auf. Als zweckmäßig hat sich eine Profilierung mit einem sägezahnförmigen Querschnitt erwiesen. Alternativ sind natürlich auch andere Profilierungen, beispielsweise mit wellenförmigem, insbesondere sinuswellenförmigem, oder trapezförmigem Querschnitt möglich. Die Profilierung sollte so gewählt werden, dass ein möglichst geringer, nicht nutzbarer Luftraum zwischen den aneinandergereihten Elektroblechen entsteht.According to a preferred embodiment, the electrical steel sheets have a uniform profiling. As appropriate, a profiling has proven with a sawtooth-shaped cross-section. Alternatively, of course, other profiles, for example with wavy, in particular sinusoidal, or trapezoidal cross-section possible. The profiling should be chosen so that the smallest possible, unusable air space between the juxtaposed electrical sheets is formed.
Als vorteilhaft hat sich die Verwendung eines in die Elektroblechanordnung eingebrachten Füllstücks mit einer von außen zugänglichen Ausnehmung zum Durchführen von Anschlussleitungen erwiesen. Das Füllstück wird in einem letzten Montageschritt in das Blechpaket getrieben. Mittels Füllstück können die Anschlussleitungen aufwandsarm aus dem Stator hinausgeführt werden. Bei alternativen Ausführungsformen kann auf das Füllstück verzichtet werden. In diesem Fall würde die zum Durchführen der Anschlussleitungen benötigte Ausnehmung direkt in den Stator gebohrt werden.The use of a filler introduced into the electrical sheet arrangement with a recess accessible from the outside for passing through leads has proved to be advantageous. The filler is driven in a final assembly step in the laminated core. By means of filler, the connection lines can be led out of the stator with little effort. In alternative embodiments, the filler can be dispensed with. In this case, the recess needed to pass through the leads would be drilled directly into the stator.
Die Elektrobleche sind vorzugsweise mit einer Isolierschicht versehen. Aufgrund der Isolierschicht werden auftretende Wirbelströme im Vergleich zu den bei Statoren aus Vollmaterial auftretenden Wirbelströmen minimiert.The electrical sheets are preferably provided with an insulating layer. Due to the insulating layer occurring eddy currents are minimized compared to the eddy currents occurring in stators made of solid material.
Bei einer vorteilhaften Ausführungsform weisen die Elektrobleche Nuten zur Aufnahme mindestens einer ringförmigen Spule auf.In an advantageous embodiment, the electrical steel sheets have grooves for receiving at least one annular coil.
Zur Lösung der erfindungsgemäßen Aufgabe dient weiterhin ein Axialmagnetlager gemäß dem beigefügten Anspruch 7. Das erfindungsgemäße Axialmagnetlager umfasst den beschriebenen Stator sowie mindestens eine ringförmige Spule, welche in die Elektroblechanordnung des Stators zum Erzeugen eines Magnetfeldes in der Elektroblechanordnung eingebracht ist.The axial magnetic bearing according to the invention comprises the described stator and at least one annular coil, which is introduced into the electrical sheet arrangement of the stator for generating a magnetic field in the electrical sheet assembly.
Die Hohlräume zwischen den Elektroblechen sind vorzugsweise mit einer Vergussmasse gefüllt. Als besonders vorteilhaft hat sich die Verwendung einer Vergussmasse mit ferromagnetischen Eigenschaften erwiesen. Hierdurch bleibt der aufgrund des erhöhten Eisenfüllfaktors vergrößerte ferromagnetische Effekt erhalten. Mittels Vergussmasse werden die einzelnen Elektrobleche untereinander stabilisiert, wodurch auch einer möglichen Geräuschentwicklung aufgrund Vibrationen der einzelnen Elektrobleche vorgebeugt wird. Die Vergussmasse dient auch zur elektrischen Isolation der Spule im Stator.The cavities between the electrical sheets are preferably filled with a potting compound. The use of a potting compound with ferromagnetic properties has proved to be particularly advantageous. This preserves the increased ferromagnetic effect due to the increased iron filling factor. By means of potting the individual electrical sheets are stabilized with each other, whereby a possible noise due to vibrations of the individual electric sheets is prevented. The potting compound also serves to electrically insulate the coil in the stator.
Kurze Beschreibung der ZeichnungShort description of the drawing
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand der beigefügten Figuren näher erläutert. Es zeigen:Preferred embodiments of the invention will be explained in more detail with reference to the accompanying figures. Show it:
Ausführliche Beschreibung der ZeichnungDetailed description of the drawing
Durch Anpassung des Winkels α kann die projizierte Blechstärke variiert werden. Hierdurch ändert sich auch der spezifische Teilungswinkel des aus einem Elektroblech
Die Elektrobleche
Nachdem die einzelnen Elektrobleche
Bei abgewandelten Ausführungsformen kann auf das Füllstück
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 0101
- Statorstator
- 0202
- Elektroblecheelectrical sheets
- 0303
- Profilierungprofiling
- 0404
- Nutgroove
- 0505
- Füllstückfilling
- 0606
- 0707
- Ausnehmungrecess
- αα
- Winkel des WellenprofilsAngle of the wave profile
- sr s r
- reale Blechstärkereal sheet thickness
- sp s p
- projizierte Blechstärkeprojected plate thickness
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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