DE102015014209A1

DE102015014209A1 - Verfahren zur Montage einer einen Rotor und einen Stator umfassenden Drehfeldmaschine

Info

Publication number: DE102015014209A1
Application number: DE102015014209.7A
Authority: DE
Inventors: Jörg Schmidt
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 2015-11-04
Filing date: 2015-11-04
Publication date: 2016-12-01

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Montage einer einen Rotor (1.1) und einen Stator (1.2) umfassenden Drehfeldmaschine (1), bei dem der eine Rotorachse (1.10) umfassende Rotor (1.1) in den Stator (1.2) eingeführt wird. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Rotorachse (1.10) mit einem Führungsdorn (2) verbunden wird, wobei der Führungsdorn (2) wenigstens die Länge des Stators (1.2) aufweist, der Rotor (1.1) zusammen mit dem Führungsdorn (2) über eine erste Stirnseite (1.31) des Stators (1.2) in denselben eingeführt wird und dabei das freie Ende des Führungsdorns (2) in einem für die Rotorachse (1.10) vorgesehenen Rotorlager (1.30) gelagert wird, wobei das Rotorlager (1.30) auf einer der ersten Stirnseite (1.31) gegenüberliegenden zweiten Stirnseite (1.32) des Stators (1.2) angeordnet ist, und eine Drehstromwicklung (1.21) des Stators (1.2) zur Erzeugung eines Drehfeldes derart bestromt wird, dass mit dem Einführen des Rotors (1.1) in den Stator (1.2) der Rotor (1.1) von dem Drehfeld in Rotation (D) versetzt wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Montage einer einen Rotor und einen Stator umfassenden Drehfeldmaschine, bei dem der eine Rotorachse umfassende Rotor in den Stator eingeführt wird.
Bei rotierenden elektrischen Maschinen (Elektromotoren) mit einem außen liegenden Stator und einem innen liegenden Rotor müssen beide Teile zueinander gefügt werden. Dabei ist ein möglichst enger Luftspalt zwischen dem Rotor und dem Stator erforderlich, um eine gute Durchdringung des Magnetfeldes zu sichern. Dieser enge Luftspalt führt mechanisch zu sehr geringem Spiel und zu geringen Toleranzen beim Fügeprozess. Bei permanent erregten Synchronmaschinen mit Dauermagneten im Rotor neigt dieser schnell dazu vom Blechpakt des Stators angezogen zu werden, wenn er nicht über die Achse des Rotors in Richtung der Statorachse festgehalten wird. Auch bei Asynchronmaschinen ohne Magnetmaterial im Rotor führt dessen Gewicht zum Kippen.
Ein gattungsbildendes Verfahren zur Montage einer Drehfeldmaschine ist aus der EP 2 299 560 A1 bekannt. Bei diesem Verfahren wird der Rotor mittels am Stator und am Rotor vorgesehenen Führungsringen durch direkten Kontakt geführt, bis der Rotor seine Betriebsposition innerhalb des Stators erreicht hat. Nach der Montage des Stators werden die Führungsringe wieder entfernt.
Die DE 100 34 302 C2 beschreibt ein Verfahren zum Herstellen eines Innenläufer-Elektromotors mit einem Stator und einer Rotorbaugruppe, bei dem die Rotorbaugruppe in den Stator eingeschoben wird. Diese Rotorbaugruppe umfasst eine Rotorwelle mit einem darauf angeordneten Permanentmagneten, wobei die Rotorwelle mit dem Permanentmagneten in einer Hülse frei drehbar gelagert ist. Die äußere Kontur der Hülse ist an die Innenkontur des Stators angepasst, so dass die Hülse spielfrei in den Stator eingefügt werden kann und über eine auf der Außenseite der Hülse angeordnete Versteifungsstruktur eine kraftschlüssige Verbindung mit dem Stator entsteht.
Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es Aufgabe der Erfindung ein gegenüber diesen bekannten Verfahren verbessertes Verfahren anzugeben, mit welchem ein Rotor mit dem Stator einer Drehfeldmaschine gefügt werden kann.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1.
Ein solches Verfahren zur Montage einer einen Rotor und einen Stator umfassenden Drehfeldmaschine, bei dem der eine Rotorachse umfassende Rotor in den Stator eingeführt wird, zeichnet sich erfindungsgemäß dadurch aus, dass

– die Rotorachse mit einem Führungsdorn verbunden wird, wobei der Führungsdorn wenigstens die Länge des Stators aufweist,
– der Rotor zusammen mit dem Führungsdorn über eine erste Stirnseite des Stators in denselben eingeführt wird und dabei das freie Ende des Führungsdorns in einem für die Rotorachse vorgesehenen Rotorlager gelagert wird, wobei das Rotorlager auf einer der ersten Stirnseite gegenüberliegenden zweiten Stirnseite des Stators angeordnet ist, und
– eine Drehstromwicklung des Stators zur Erzeugung eines Drehfeldes derart bestromt wird, dass mit dem Einführen des Rotors in den Stator der Rotor von dem Drehfeld in Rotation versetzt wird.

Dieses erfindungsgemäße Verfahren bedarf keiner mechanischen Hilfsmittel, um den Rotor während des Einführens in den Stator in konzentrischer Lage zueinander zu halten. Denn das von der Drehstromwicklung des Stators erzeugte Drehfeld bewirkt eine Rotation des Rotors und führt dadurch zu einer Richtungsstabilität, so dass der Rotor durch das sich drehende Magnetfeld des Stators während des Einführens des Rotors in den Stator exakt auf der Längsachse des Stators gehalten wird. Dadurch wird ein seitliches Verkippen des Rotors verhindert und so Beschädigungen am Stator oder Rotor während der Montage des Rotors vermieden.
Nach einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist es vorteilhaft, wenn die Rotorachse mit dem Führungsdorn mittels eines Kegelkugellagers drehbar verbunden wird.
Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass der Rotor in eine Betriebsposition in dem Stator eingeführt wird, in welcher die Rotorachse von dem Rotorlager aufgenommen wird.
Vorzugsweise wird als Drehfeld ein 3-Phasen-Drehfeld erzeugt.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann sowohl zur Montage einer Synchron- als auch einer Asynchronmaschine eingesetzt werden.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren ausführlich beschrieben. Es zeigen:
1 eine schematische Darstellung einer Anordnung aus einem Stator und einem Rotor einer Drehfeldmaschine in einem ersten Montageschritt,
2 eine schematische Darstellung der Anordnung nach 1 in einem zweiten Montageschritt, und
3 eine schematische Darstellung der Anordnung nach 1 in einem dritten Montageschritt.
In den 1 bis 3 wird die Montage eines Rotors 1.1 in einen Stator 1.2 einer Drehfeldmaschine 1 beschrieben, wobei die Drehfeldmaschine 1 als Synchronmaschine oder als Asynchronmaschine ausgeführt sein kann. Der Stator 1.2 enthält ein Statorblechpaket 1.20 mit einer 3-Phasen-Wicklung (U-Wicklung, V-Wicklung und W-Wicklung) als Drehfeldwicklung 1.21, die in einem Statorgehäuse 1.3 untergebracht ist. In den 1. bis 3 sind von der Drehfeldwicklung 1.21 nur die oberen und unteren Wickelköpfe dargestellt.
Das Statorgehäuse 1.3 ist topfförmig ausgebildet, wobei die offene Seite eine erste Stirnseite 1.31 des Stators 1.2 und der Topfgrund eine zweite Stirnseite 1.32 des Stators 1.2 bildet. Auf der zweiten Stirnseite 1.32 des Statorgehäuses 1.3 ist ein Rotorlager 1.30 vorgesehen, in welchem eine Rotorachse 1.10 des Rotors 1.1 gelagert ist, wenn der Rotor 1.1 in dem Stator 1.2 seine Betriebsposition einnimmt, wie dies in 3 dargestellt ist.
Bei einer permanent erregten Synchronmaschine ist der Rotor 1.1 als Permanentmagnet ausgeführt und erzeugt ein konstantes Magnetfeld, welches mit dem von der Drehfeldwicklung 1.21 erzeugten Drehfeld in Wechselwirkung tritt. Bei einer als Asynchronmaschine ausgeführten Drehfeldmaschine 1 ist der Rotor 1.1, in der Regel ein Käfigläufer, in welchem durch das Drehfeld eine Spannung induziert wird, die einen Strom erzeugt. Das dadurch erzeugte Magnetfeld tritt mit dem Drehfeld des Stators in Wechselwirkung.
Zur Montage des Rotors 1.1 in dem Stator 1.2 ist gemäß 1 die Anordnung aus Rotor 1.1 und Stator 1.2 hinsichtlich der Längsachse A des Stators 1.2 in senkrechter Richtung (z-Richtung) ausgerichtet. Hierbei liegt der Stator 1.2 mit seiner zweiten Stirnseite 1.32 auf einer Unterlage 3.
Der Rotor 1.1 wird zunächst über seine Rotorachse 1.10 mit einem Führungsdorn 2 mittels eines an dessen Ende angeordneten Kegelkugellagers 2.1 verbunden, so dass der Rotor 1.1 gegenüber diesem Führungsdorn 2 drehbar ist. Diese Anordnung aus dem mit dem Führungsdorn 2 verbundenen Rotor 1.1 wird von der ersten Stirnseite 1.31 aus in den Stator 1.2 eingeführt, bis das freie Ende des Führungsdorns 2 vom Rotorlager 1.30 aufgenommen wird. Die Länge des Führungsdorns 2 ist daher länger als die axiale Länge des Stators 1.2, so dass in diesem Zustand gemäß 1 der mit dem Führungsdorn 2 verbundene Rotor 1.1 sich außerhalb des Stators 1.2 befindet. Das freie Ende der Rotorachse 1.10 wird in einer Führungsbohrung 4.1 einer Haltevorrichtung 4 gehalten.
Ausgehend von dieser Anordnung gemäß 1 wird der Rotor 1.1 zusammen mit dem Führungsdorn 2 mittels der Haltevorrichtung 4 in Richtung des Stators 1.2 bewegt, bis der Rotor 1.1 in den Stator 1.2 eintaucht, wie dies in 2 dargestellt ist. Mit dem Eintauchen des Rotors 1.1 in den Stator 1.2 wird die Drehfeldwicklung 1.21 des Stators 1.2 mit einem Dreiphasen-Wechselstrom bestromt, wodurch der Rotor 1.1 während des weiteren Einführens in den Stator 1.2 in Rotation D versetzt wird. Dies setzt voraus, dass der Rotor 1.1 drehbar gelagert ist, also zum einen in der Führungsbohrung 4.1 der Haltevorrichtung 4 und zum anderen mittels des Kegelkugellagers 2.1. Die das Drehen bewirkenden magnetischen Kräfte aus dem Drehfeld des Stators 1.2 wirken dem Bestreben des Rotors 1.1 entgegen, gegen die Innenwandung des Stators 1.2 durch das eigene Magnetfeld (bei einer Synchronmaschine) und/oder die Schwerkraft zu kippen. Somit ist während des Einführens des Rotors 1.1 in den Stator 1.2 wohl eine drehbare Lagerung des Rotors 1.1 erforderlich, jedoch ist es hierbei nicht notwendig, dass gegen die Kräfte der Schwerkraft bzw. des Magnetfelds des Rotors 1.1 gearbeitet werden muss.
Der Rotor 1.1 wird durch das sich drehende Magnetfeld des Stators 1.2 beim Einführen in den Stator 1.2 exakt auf der Achse A des Stators 1.2 gehalten, wodurch ein Zurseitekippen verhindert wird und damit auch keine Beschädigungen am Rotor 1.1 oder Stator 1.2 auftreten können.
Dieser Vorgang des Einführens des rotierenden Rotors 1.1 in den Stator 1.2 wird beendet, also der Dreiphasen-Wechselstrom abgeschaltet, wenn gemäß 3 die Rotorachse 1.10 des Rotors 1.1 von dem Rotorlager 1.30 aufgenommen wird, d. h. wenn der Rotor 1.1 die Betriebsposition in dem Stator 1.2 erreicht hat. Der Führungsdorn 2 wird natürlich entfernt.
Bezugszeichenliste

1: Drehfeldmaschine
1.1: Rotor der 3 Feldmaschine 1
1.10: Rotorwelle des Rotors 1.1
1.2: Stator der 3 Feldmaschine 1
1.20: Statorblechpaket des Stators 1.2
1.21: Drehfeldwicklung des Stators 1.2
1.3: Statorgehäuse
1.30: Rotorlager
1.31: erste Stirnseite des Stators 1.2
1.32: zweite Stirnseite des Stators 1.2
2: Führungsdorn
2.1: Kegelkugellager
3: Unterlage
4: Haltevorrichtung
4.1: Führungsbohrung

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

EP 2299560 A1 [0003]
DE 10034302 C2 [0004]

Claims

Verfahren zur Montage einer einen Rotor (1.1) und einen Stator (1.2) umfassenden Drehfeldmaschine (1), bei dem der eine Rotorachse (1.10) umfassende Rotor (1.1) in den Stator (1.2) eingeführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass – die Rotorachse (1.10) mit einem Führungsdorn (2) verbunden wird, wobei der Führungsdorn (2) wenigstens die Länge des Stators (1.2) aufweist, – der Rotor (1.1) zusammen mit dem Führungsdorn (2) über eine erste Stirnseite (1.31) des Stators (1.2) in denselben eingeführt wird und dabei das freie Ende des Führungsdorns (2) in einem für die Rotorachse (1.10) vorgesehenen Rotorlager (1.30) gelagert wird, wobei das Rotorlager (1.30) auf einer der ersten Stirnseite (1.31) gegenüberliegenden zweiten Stirnseite (1.32) des Stators (1.2) angeordnet ist, und – eine Drehstromwicklung (1.21) des Stators (1.2) zur Erzeugung eines Drehfeldes derart bestromt wird, dass mit dem Einführen des Rotors (1.1) in den Stator (1.2) der Rotor (1.1) von dem Drehfeld in Rotation (D) versetzt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotorachse (1.10) mit dem Führungsdorn (2) mittels eines Kegelkugellagers (2.1) drehbar verbunden wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (1.1) in eine Betriebsposition in dem Stator (1.2) eingeführt wird, in welcher die Rotorachse (1.10) von dem Rotorlager (1.30) aufgenommen wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mittels der Drehstromwicklung (1.21) ein 3-Phasen-Drehfeld erzeugt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehfeldmaschine (1) als Synchron- oder Asynchronmaschine ausgebildet wird.