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Die Erfindung betrifft eine Statorvorrichtung für eine elektrische Maschine eines Schwungmassenspeichers, insbesondere einer Motor-Generator-Einheit eines Schwungmassenspeichers, mit einer Blechungseinheit welche eine Wicklung und zumindest zwei an die Wicklung angeschlossenen vakuumseitige Motorphasenanschlusskabel aufweist, sowie mit einer zylindrischen Hülseneinheit, an deren äußeren Mantelfläche die Blechungseinheit angeordnet ist.
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Statorvorrichtungen oder Statoren von elektrischen Maschinen bestehen außer aus Blechpaket und Wicklung, welche Teil einer Blechungseinheit sind, maßgeblich aus einem hülsenförmigen Körper, einer Hülseneinheit, welche die Blechung trägt. Die Hülseneinheit ist in der Regel metallisch, zum Beispiel aus Aluminium oder Stahl gefertigt. Ihre Aufgabe ist es, die geometrische Position der Blechungseinheit vorzugeben und ein mechanisches Moment der elektrischen Maschine auf eine der Statorvorrichtung zugeordnete externe Struktur zu übertragen. Überdies führt die Hülseneinheit auch eine aus Stator-Verlusten resultierende Wärme ab. Daher wird die Hülseneinheit bei elektrischen Maschinen mit großer Leistungsdichte häufig mit einem Fluid gekühlt. Oft wird hierfür eine Kühlspirale verwendet, mittels welcher ein Kühlfluid spiralförmig in einen Spalt zwischen einer Mantelfläche der Hülseneinheit und der zugeordneten Struktur geleitet wird.
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Bei solchen elektrischen Maschinen, welche als Innenläufer ausgebildet sind, wird entsprechend die Blechung in die Hülseneinheit eingebracht, und die Hülseneinheit wieder in eine passende Bohrung der Struktur eingefügt. Im Spalt zwischen der Hülse und der Bohrung befindet sich dann bei bestimmungsgemäßem Gebrauch der elektrischen Maschine das Kühlfluid, weshalb Hülseneinheit und Bohrung entsprechend an zwei axial entgegengesetzten Stirnseiten abgedichtet werden, meist mit gewöhnlichen O-Ringen. Über entsprechende Passflächen wird dabei die relative geometrische Position der Einheiten zueinander bestimmt. Beispielsweise kann die Hülseneinheit mit der Struktur über einen Flansch verschraubt werden, damit das Moment übertragen wird. Derartige Umsetzungen sind beispielsweise in Werkzeugmaschinenspindeln oder auch im Antrieb von Elektrofahrzeugen weit verbreitet.
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Im Bereich der elektrischen Maschinen von Schwungmassenspeichern, bei welchen eine elektrische Energie in eine Rotationsenergie der Schwungmasse des Schwungmassenspeichers umgewandelt und gespeichert wird, um bei Bedarf wieder zurück in elektrische Energie umgewandelt zu werden, sind die genutzten elektrischen Maschinen teils als Außenläufer ausgeführt. Da sich bei einem Außenläufer die Statorvorrichtung im Inneren einer Rotorvorrichtung befindet, ist in diesem Fall deutlich weniger Bauraum zur Verfügung als bei einem Innenläufer. Entsprechend steht auch weniger Oberfläche für die Kühlung zur Verfügung. Gleichzeitig ist zu beachten, dass die Rotoreinheiten von Schwungmassenspeichern im Vakuum betrieben werden. Kommt es dort zu einem Austritt von einem Kühlfluid in einen evakuierten Bereich, verdampft das Kühlfluid und das Druckiveau im Schwungmassenspeicher steigt sprunghaft, was zu einer Schädigung des Schwungmassenspeichers führen kann. Im Falle eines unvorhergesehenen Systemzustandes, der einen Schaden am Kühlsystem nach sich zieht, kann es somit durch den Eintritt von Kühlfluid in den evakuierten Bereich zu einer schwerwiegenden Schädigung des Gesamtsystems kommen. Daher muss eine Abdichtung des Kühlsystems gegenüber dem evakuierten Bereich bei Schwungmassenspeichern besonders verlässlich funktionieren, ist also im Allgemeinen aufwändiger, d.h. teurer und/oder mit einem vergrößerten Platzbedarf durchgeführt.
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Als weiterer Faktor kommt hinzu, dass bei Schwungmassenspeichern mit höherer Leistung die Motorphasen-Anschlusskabel, über die die elektrische Leistung übertragen wird, von großem Querschnitt sind. Entsprechend benötigen die Motorphasen-Anschlusskabel sowohl im evakuierten Bereich als auch in einem umgebungsseitigen Bereich unter Atmosphärendruck besonders viel Platz. Die Motorphasen-Anschlusskabel müssen von der Wicklung, die sich im evakuierten Bereich befindet, über eine hermetisch dichte Durchführung in die unter Atmosphärendruck stehende Umgebung der Statorvorrichtung nach außen geführt werden. Auch eine solche hermetische Durchführung hat einen erhöhten Platzbedarf. Zusätzlich muss aufgrund der an den Motorphasen anliegenden gepulsten Spannungen die elektromagnetische Verträglichkeit sichergestellt sein, d.h. die Motorphasen-Anschlusskabel müssen ausreichend geschirmt sein.
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Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, eine hinsichtlich ihres Bauraumbedarfs verbesserte Statorvorrichtung für eine elektrische Maschine eines Schwungmassenspeichers bereitzustellen.
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Diese Aufgabe wird durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen ergeben sich aus den abhängigen Patentansprüchen, der Beschreibung und den Figuren.
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Ein Aspekt betrifft eine Statorvorrichtung für eine elektrische Maschine eines Schwungmassenspeichers, welche eine Blechungseinheit und eine zylindrische Hülseneinheit aufweist. Die Blechungseinheit weist ein Blechpaket mit zumindest einer bereichs- und/oder abschnittsweise um das Blechpaket gewickelten Wicklung und zumindest zwei, also zwei oder mehr als zwei, bevorzugt drei und mehr, beispielsweise fünf oder sechs, an die Wicklung angeschlossene vakuumseitige Motorphasen-Anschlusskabel. Unter „vakuumseitig“ ist hier bevorzugt zu verstehen, dass die entsprechenden Motorphasen- Anschlusskabel bei bestimmungsgemäßem Gebrauch der Statorvorrichtung in der elektrischen Maschine des Schwungmassenspeichers bei Betrieb des Schwungmassenspeichers in einem evakuierten Umgebungsbereich der Statorvorrichtung angeordnet sind. Es kann beispielsweise auch vorgesehen sein, dass die vakuumseitigen Motorphasen-Anschlusskabel, beispielsweise zusammen mit einem oder mehreren Teilen der Statorvorrichtung mit einem Verguss-Harz vergossen sind. Unter „vakuumseitig“ kann in diesem Fall verstanden werden, dass die entsprechenden Motorphasen-Anschlusskabel bei bestimmungsgemäßem Gebrauch der Statorvorrichtung in der elektrischen Maschine des Schwungmassenspeichers bei Betrieb des Schwungmassenspeichers einer dem evakuierten Umgebungsbereich zugewandten Seite der Statorvorrichtung zugewandt sind. An dieser Stelle ist auch anzumerken, das im evakuierten Umgebungsbereich der Statorvorrichtung, in welchem bei Betrieb der Statorvorrichtung die Schwungmassen angeordent ist, an Stelle eines Vakuums auch ein Gasgemisch mit einem im Vergleich zum unten beschriebenen nicht evakuierten oder weniger evakuierten Außenbereich Druck enthalten kann. In Bezug auf den Begriff „abschnittsweise“ kann sich ein Abschnitt hier auf einen Abschnitt in einer axialen Richtung der elektrischen Maschine beziehen. Ein dem Begriff „bereichsweise“ zugeordneter Bereich kann sich auf einen beliebigen frei im Raum orientierten Bereich beziehen. Die Statorvorrichtung kann dabei insbesondere für eine als Außenläufer ausgebildete elektrische Maschine ausgebildet sein. Die Blechungseinheit ist an einer äußeren Mantelfläche der zylindrischen Hülseneinheit angeordnet.
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Die Statorvorrichtung weist auch eine Abdichteinheit auf, welche an einer inneren Mantelfläche der Hülseneinheit angeordnet ist, und welche ausgebildet ist, die an die Wicklung angeschlossenen vakuumseitigen Motorphasen-Anschlusskabel jeweils vakuumdicht an ein jeweiliges umgebungsseitiges Motorphasen-Anschlusskabel anzuschließen. Die jeweiligen umgebungsseitigen Motorphasen-Anschlusskabel sind bei bestimmungsgemäßem Gebrauch der Statorvorrichtung und damit des Schwungmassenspeichers in einem Umgebungsbereich der Statorvorrichtung (und des Schwungmassenspeichers) angeordnet, welche nicht evakuiert ist, bevorzugt unter Atmosphärendruck steht, oder zumindest weniger evakuiert ist als der Umgebungsbereich, in welchem die vakuumseitigen Motorphasen-Anschlusskabel angeordnet sind.
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Die Abdichteinheit trennt somit insbesondere den Teil der Oberfläche der zylindrischen Hülseneinheit, welche bei bestimmungsgemäßem Gebrauch der Statorvorrichtung in dem Schwungmassenspeicher an ein Vakuum angrenzt von dem Teil der Oberfläche der zylindrischen Hülseneinheit, welche an den Umgebungsbereich unter Atmosphärendruck anschließt. Die Abdichteinheit und zumindest teilweise auch die zylindrische Hülseneinheit dienen somit der Trennung zwischen evakuiertem Bereich und Atmosphäre. In einem Außenraum der zylindrischen Hülseneinheit, welchem die äußere Mantelfläche der zylindrischen Hülseneinheit zugewandt ist, herrscht dabei im Betrieb des Schwungmassenspeichers ein Vakuum, in einem Zylinder-Innenraum der zylindrischen Hülseneinheit, durch welchen bevorzugt eine Zentralachse der zylindrischen Hülseneinheit verläuft, kann zumindest abschnittsweise ein Vakuum und/oder zumindest abschnittsweise ein Atmosphärendruck vorliegen.
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Wie weiter unten noch ausgeführt, kann die Abdichteinheit beispielsweise auch dadurch erzeugt werden, dass die zylindrische Hülseneinheit auf zumindest einer Stirnseite ein in axialer Richtung verlaufendes Sackloch aufweist, dessen Boden dann Teil der Abdichteinheit ist. Weist die zylindrische Hülseneinheit hier beispielsweise zwei mit jeweiligen Sackbohrungen (eine von jeder Stirnseite) gebildete Sacklöcher, auf, so ist die Abdichteinheit in einem Mittelbereich der zylindrischen Hülseneinheit angeordnet und schließt sich mit den Böden der Sacklöcher beidseitig an die innere Mantelfläche der Hülseneinheit an und ist somit an dieser angeordnet. Die Abdichteinheit ist im Falle der mit Sackbohrungen ausgebildeten Sacklöcher zumindest teilweise einstückig mit der Hülseneinheit ausgeführt. Liegt nur ein Sackloch, beispielsweise nur eine Sacklochbohrung, von einer Stirnseite vor, so ist die Abdichteinheit an dem dieser Stirnseite gegenüberliegenden Endbereich der zylindrischen Hülseneinheit, also der anderen Stirnseite, angeordnet und geht an einer Seite in die Stirnseite der Hülseneinheit über, an der anderen Seite in die innere Mantelfläche, ist also ebenfalls an der inneren Mantelfläche angeordnet. Das oder die Sacklöcher können auch mit (d.h. hier unter Zuhilfenahme von) einem durchgehenden Loch (beispielsweise einer durchgehenden Bohrung) gebildet werden, in welchem die Abdichteinheit als separate Einheit angeordnet ist. Erst mit dem Einbau der separaten Abdichteinheit entsteht dann das oder die entsprechenden Sacklöcher. Ein Sackloch kann also im Rahmen der vorliegenden Offenbarung auch ein gewöhnliches durchgängiges Loch, welches in einem End- oder Mittelabschnitt (durch die Abdichteinheit) geschlossen wird, bezeichnen.
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Das hat den Vorteil, dass der Platzbedarf der Statorvorrichtung in axialer Richtung verringert wird, da die Abdichteinheit und somit die hermetische Durchführung nicht in axialer Verlängerung des Stators realisiert ist, sondern im Inneren der Hülseneinheit, was Platz spart. Überdies werden so Dichtflächen zwischen dem evakuierten Bereich und der atmosphärischen Umgebung überflüssig gemacht, da die zylindrische Hülseneinheit ohnehin gegenüber der Umgebung abgedichtet werden muss, was nun mit der Abdichtung für die hermetische Durchführung zusammenfällt.
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Entsprechend ist in einer vorteilhaften Ausführungsform vorgesehen, dass die Abdichteinheit zumindest teilweise, also teilweise odervollständig, in dem Zylinder-Innenraum angeordnet ist. Der Zylinder-Innenraum verläuft entlang einer Zentralachse der zylindrischen Hülseneinheit, wobei die Zentralachse sowohl durch den Zylinder-Innenraum verlaufen kann als auch seitlich an dem Zylinder-Innenraum vorbeilaufen kann. Die Zentralachse der zylindrischen Hülseneinheit kann eine zentrale Rotationsachse für einen Rotor der elektrischen Maschine sein. Der Zylinder-Innenraum kann insbesondere parallel oder im Wesentlichen parallel zu der Zentralachse verlaufen. „Im Wesentlichen“ kann hier „bis auf eine vorgegebene Abweichung“ bezeichnen, wobei die Abweichung beispielsweise 1°, 15° oder 30° betragen kann. Insbesondere kann die Abdichteinheit derart angeordnet sein, dass jeweilige Anschlusselemente der vakuumseitigen Motorphasen-Anschlusskabel, also kabelseitige Anschlusselemente, und/oder jeweilige Anschlusselemente für die vakuumseitigen Motorphasenanschlusskabel, also abdichteinheitsseitige Anschlusselemente, ebenfalls (bevorzugt vollständig) im Zylinder-Innenraum der zylindrischen Hülseneinheit angeordnet sind. Das hat den Vorteil, dass die jeweiligen Anschlusselemente nicht aus der zylindrischen Hülseneinheit herausragen, also einerseits sicherstellen, dass der axiale Platzbedarf der Statorvorrichtung minimiert ist, andererseits auch die elektrische Abschirmung der Motorphasen-Anschlusskabel durch die Hülseneinheit optimieren.
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In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass die Abdichteinheit zumindest teilweise, also teilweise oder insgesamt einstückig mit der Hülseneinheit oder zumindest einem Teil der Hülseneinheit, beispielsweise einer Unter-Einheit der Hülseneinheit, ausgebildet ist. Das hat den Vorteil, dass wiederum Dichtflächen zwischen evakuiertem Bereich und Atmosphärendruck eingespart werden.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Hülseneinheit zumindest einen Fluidkanal zum Durchleiten eines Kühlfluids durch die Hülseneinheit aufweist. Dies ist insofern besonders vorteilhaft, als das so zusätzlich zur Blechungseinheit auch die wärmeerzeugenden Motorphasen-Anschlusskabel aktiv gekühlt werden.
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Dabei ist vorteilhafterweise vorgesehen, dass der Fluidkanal ausschließlich Dichtungselemente, mit denen er gegenüber einem Außenraum abgedichtet ist, aufweist, welche bei bestimmungsgemäßem Gebrauch der Statorvorrichtung nicht an einen evakuierten Umgebungsbereich im Schwungmassenspeicher, beispielsweise ein Vakuum des Schwungmassenspeichers, angrenzen. Damit wird konstruktiv verhindert, dass bei einem unvorhergesehenen Betriebszustand, insbesondere bei einem Versagen der Dichtungselemente, das Kühlfluid in den evakuierten Bereich des Schwungmassenspeichers einströmt. Dadurch kann auch hier Bauraum gespart werden, da die entsprechenden Dichtungselemente einfacher ausgeführt werden können.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass der Fluidkanal Sacklöcher, insbesondere Sackbohrungen aufweist, welche fluidisch miteinander gekoppelt sind. Insbesondere kann der Fluidkanal zumindest abschnittsweise, bevorzugt in einem zusammenhängenden Abschnitt, aus den Sacklöchern bestehen. Die Sacklöcher erstrecken sich dabei bevorzugt von einer Seite, beispielsweise einer (ersten) Stirnseite der Hülseneinheit, in den Körper der Hülseneinheit, welche Seite bei bestimmungsgemäßem Gebrauch der Statorvorrichtung und damit im Betrieb des Schwungmassenspeichers an einen Umgebungsbereich mit Atmosphärendruck oder einem weniger ausgeprägten Vakuum als der Umgebungsbereich mit der Rotoreinheit der elektrischen Maschine und/oder des Schwungmassenspeichers angrenzt. Die Sacklöcher verlaufen dabei bevorzugt zumindest teilweise quer, also nicht parallel, zueinander, d.h. derart, dass sie an einem jeweiligen Endbereich ein anderes Sackloch treffen und dort in dieses übergehen. Insbesondere kann dabei jedes Sackloch parallel zu zumindest einem übernächsten Nachbarn verlaufen. Besonders bevorzugt gehen die Sacklöcher auch in einem an die (erste) Stirnseite angrenzenden Anfangsbereich ineinander über, so dass mit einem Abdichten der (ersten) Stirnseite durch entsprechende Dichtungselemente die jeweiligen Anfangsbereiche der Sacklöcher gegenüber der Umgebung (dem Außenbereich des Fluidkanals) abgedichtet werden können ohne dabei gegenüber dem anderen Sackloch abgedichtet zu werden. So kann ein fortlaufender Fluidkanal, welcher aus den Sacklöchern besteht, erzeugt werden. Das hat den Vorteil, dass lediglich auf einer Seite, der ersten Stirnseite der zylindrischen Hülseneinheit, Dichtungen vorgesehen sein müssen, und somit besonders leicht verhindert werden kann, dass Dichtflächen des Fluidkanals an ein Vakuum des Schwungmassenspeichers angrenzen. Damit werden an die Dichtelemente weniger Anforderungen gestellt als an Dichtelemente, welche einen Fluidkanal gegenüber einem evakuierten Bereich abdichten müssen.
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Es kann also vorgesehen sein, dass die Sacklöcher sich ausgehend von der ersten Stirnseite, einer umgebungsseitigen Stirnseite, der zylindrischen Hülseneinheit in den zylindrischen Körper der zylindrischen Hülseneinheit hinein erstrecken und im Bereich der ersten Stirnseite und einer der ersten Stirnseite axial gegenüberliegenden zweiten Stirnseite, einer vakuumseitigen Stirnseite, fluidisch miteinander gekoppelt sind, insbesondere an der ersten Stirnseite zumindest teilweise, bevorzugt alle Sacklöcher bis auf zwei Sacklöcher, welche als Anschlüsse des Fluidkanals dienen, jeweilige Dichtelemente aufweisen, welche den Fluidkanal gegenüber einem Umgebungsbereich mit Atmosphärendruck oder zumindest mit einem weniger ausgeprägten Vakuum als der evakuierte Bereich mit der Rotoreinheit des Schwungmassenspeichers abdichten. Die fluidische Kopplung kann durch ein ineinander Übergehen der Sacklöcher in den entsprechenden Anfangs- bzw. Endbereichen der Sacklöcher erzeugt werden. In einem zwischen dem Anfangs- und Endbereich liegenden Mittelbereich liegt hingegen zwischen den unterschiedlichen Sacklöchern bevorzugt keine direkte fluidische Kopplung vor, d.h. dort gehen diese bevorzugt nicht ineinander über. Das hat den Vorteil, dass auf einfache fertigungstechnische Weise erreicht wird, dass der Fluidkanal keine Dichtfläche gegenüber dem evakuierten Bereich aufweist, und überdies durch die Sacklöcher auch eine äußerst platzsparende Kühlung realisiert wird.
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In einer anderen vorteilhaften Ausführungsform ist vorgesehen, dass im Zylinder-Innenraum der Hülseneinheit eine Abschirmeinheit an den umgebungsseitigen Motorphasen-Anschlusskabel angeordnet ist, welche elektrisch mit einer elektrischen Schirmung der umgebungsseitigen Motorphasen-Anschlusskabel gekoppelt ist und/oder die Abdichteinheit vor einem mechanischen Kontakt an deren umgebungsseitiger Seite schützt. Das hat den Vorteil, dass die elektromagnetische Verträglichkeit gewährleistet ist und die Hülseneinheit als Schirmauflage genutzt werden kann, wobei die somit realisierte Mehrfachfunktion der Hülseneinheit wiederum Bauraum spart.
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Ein weiterer Aspekt trifft auch eine elektrische Maschine, insbesondere eine elektrische Maschine einer Motor-Generator-Einheit, für einen Schwungmassenspeicher, mit einer Statorvorrichtung nach einer der beschriebenen Ausführungsformen. Die elektrische Maschine weist auch eine entsprechende Rotorvorrichtung mit einem Rotor auf. Ein Aspekt ist entsprechend auch ein Schwungmassenspeicher mit einer solchen elektrischen Maschine.
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Ein weiterer Aspekt betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer Statorvorrichtung für eine elektrische Maschine eines Schwungmassenspeichers, wobei die Statorvorrichtung eine Blechungseinheit mit einer Wicklung und zumindest zwei an die Wicklung angeschlossene vakuumseitigen Motorphasen-Anschlusskabel aufweist, sowie eine zylindrische Hülseneinheit, an deren äußeren Mantelfläche die Blechungseinheit angeordnet ist. Das Verfahren weist zumindest den Verfahrensschritt eines Bohrens zumindest eines Sackloches entlang einer Zentralachse einer Zylindereinheit in die Zylindereinheit auf derart, dass ein Boden des Sackloches bei Verwenden der Zylindereinheit als zylindrische Hülseneinheit als Teil einer Abdichteinheit (oder als die Abdichteinheit), welche ausgebildet ist, die vakuumseitigen Motorphasen-Anschlusskabel jeweils vakuumdicht an ein jeweiliges umgebungsseitiges Motorphasen-Anschlusskabel anzuschließen, nutzbar ist. Die Sackloch-Innenwand bildet somit einen Abschnitt einer inneren Mantelfläche oder die innere Mantelfläche der Hülseneinheit, und die Abdichteinheit mit dem Boden des Sacklochs ist an der inneren Mantelfläche, sprich somit der restlichen Sacklochinnenwand, angeordnet. Alternativ zum Bohren kann das Sackloch beziehungsweise können die Sacklöcher auch mit anderen Verfahren erzeugt werden, beispielsweise mit einem Durchbohren und nachträglichem Einsetzen der Abdichteinheit oder dem Verwenden eines Hohlpressprofils für die Hülseneinheit, ebenfalls mit einem nachträglichen Einsetzen der Abdichteinheit. Insgesamt betrifft der Aspekt also jegliches Herstellungsverfahren für eine der beschriebenen Ausführungsformen der Statorvorrichtung.
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Vorteile und vorteilhafte Ausführungsformen des Verfahrens entsprechen hier Vorteilen und vorteilhaften Ausführungsformen der beschriebenen Statorvorrichtung und umgekehrt.
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Die vorstehend in der Beschreibung, auch im einleitenden Teil, genannten Merkmale und Merkmalskombinationen, sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen. Es sind somit auch Ausführungen von der Erfindung als umfasst und offenbart anzusehen, die in den Figuren nicht explizit gezeigt und erläutert sind, jedoch durch separierte Merkmalskombinationen aus den erläuterten Ausführungen hervorgehen und erzeugbar sind. Es sind auch Ausführungen und Merkmalskombinationen als offenbart anzusehen, die somit nicht alle Merkmale eines ursprünglich formulierten unabhängigen Anspruchs aufweisen. Es sind darüber hinaus Ausführungen und Merkmalskombinationen, insbesondere durch die oben dargelegten Ausführungen, als offenbart anzusehen, die über die in den Rückbezügen der Ansprüche dargelegten Merkmalskombinationen hinausgehen oder von diesen abweichen.
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Anhand der nachfolgenden Figuren soll der erfindungsgemäße Gegenstand näher erläutert werden, ohne diesen auf die hier gezeigten spezifischen Ausführungsformen einschränken zu wollen.
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Dabei zeigt:
- 1 eine schematische Schnittdarstellung durch eine beispielhafte Ausführungsform einer Statorvorrichtung; und
- 2 eine Schnittansicht durch die abgewickelte Hülseneinheit von 1.
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Gleiche und funktionsgleiche Elemente werden dabei in den Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
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In 1 ist eine schematische Schnittdarstellung einer beispielhaften Ausführungsform einer Statorvorrichtung in einer x-y-Ebene gezeigt. Die Statorvorrichtung 1 ist für eine elektrische Maschine eines Schwungmassenspeichers bestimmt. Sie weist eine Blechungseinheit 2 sowie eine zylindrische Hülseneinheit 3 auf. Die Blechungseinheit 2 umfasst ein Blechpaket 4 mit einer Vielzahl von Blechen 4i sowie einer Wicklung und den Wickelköpfen 5 mit zumindest zwei an die Wicklung angeschlossenen vakuumseitigen Motorphasen-Anschlusskabeln 6. Die Blechungseinheit 2 ist an einer von einer zentralen Achse A abgewandten äußeren Mantelfläche 3a der zylindrischen Hülseneinheit 3 angeordnet.
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Die Statorvorrichtung 1 umfasst auch eine Abdichteinheit 7, welche an einer der zentralen Achse A zugewandten inneren Mantelfläche 3b der Hülseneinheit 3 angeordnet ist, und welche ausgebildet ist, die vakuumseitigen Motorphasen-Anschlusskabel 6 jeweils vakuumdicht an ein jeweiliges zugeordnetes umgebungsseitiges Motorphasen-Anschlusskabel 6' anzuschließen.
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Die Statorvorrichtung 1 ist somit teilweise von einem im Betrieb des Schwungmassenspeichers evakuierten Umgebungsbereich U umgeben, grenzt aber vorliegend mit zumindest einem Teil der inneren Mantelfläche 3b an einen Umgebungsbereich U' an, in welcher ein im Vergleich zum evakuierten Umgebungsbereich U höherer Druck vorliegt, typischerweise der gewöhnliche Atmosphärendruck. Die Abdichteinheit 7 grenzt dabei vakuumseitig an die Umgebung U und atmosphärenseitig an die Umgebung U' an.
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In der gezeigten Ausführungsform ist die Abdichteinheit 7 vollständig in einem Zylinder-Innenraum 8 der zylindrischen Hülseneinheit 3 angeordnet, vorliegend derart, dass jeweilige Anschlusselemente 7i der Motorphasen-Anschlusskabel 6, 6' bzw. für die Motorphasen-Anschlusskabel 6, 6' ebenfalls im Zylinder-Innenraum 8 der zylindrischen Hülseneinheit 3 angeordnet sind. Durch den Zylinder-Innenraum 8 verläuft vorliegend auch die Zentralachse A der zylindrischen Hülseneinheit 3, welche auch eine axiale Richtung der Statorvorrichtung 1 und damit der elektrischen Maschine sowie vorliegend auch des Schwungmassenspeichers bestimmt. Alternativ kann der Zylinder-Innenraum 8 auch außermittig angeordnet sein, sodass beispielsweise die Zentralachse A nicht durch ihn verläuft.
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Die Statorvorrichtung 1 ist vorliegend über einen Flansch 3x der Hülseneinheit 3 an einer externen Struktur 10 befestigt. Im Bereich des Flansches 3x ist an einer umgebungsseitigen, bevorzugt also atmosphärendruckseitigen, ersten Stirnseite 3c der Hülseneinheit 3 hier auch ein Anschluss 11a für einen Fluidkanal 11 (2) angeordnet. Im gezeigten Beispiel ist im Zylinder-Innenraum 8 auch eine Abschirmeinheit 12 angebracht, welche vorliegend nicht nur an den umgebungsseitigen Motorphasen-Anschlusskabeln 6', sondern auch an der inneren Mantelfläche 3b angeordnet ist. Überdies dient die Abschirmeinheit 12 vorliegend auch als Schirmauflage und ist entsprechend mit einer elektrischen Abschirmung 13 der umgebungsseitigen Motorphasen-Anschlusskabel 6' elektrisch gekoppelt.
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In 2 ist eine Schnittdarstellung durch den abgewickelten, also in eine zweidimensionale Form überführten Mantel der Hülseneinheit 3 dargestellt. Der Fluidkanal 11 wird dabei vorliegend im Körper der Hülseneinheit 3 vollständig durch Sacklöcher 11i, 11j gebildet, welche hier als Sackbohrungen ausgeführt sind. Zu diesem Zweck sind die Sacklöcher 11i, 11j derart ausgeführt, dass jeweils nächste Nachbarn quer, also nicht parallel, übernächste Nachbarn jedoch parallel verlaufen und dabei in jeweils zugeordneten Anfangsbereichen 11(i-1)c, 11ic, 11jc, 11(j+1)c, welche der ersten (umgebungsseitigen oder atmosphärenseitigen) Stirnseite 3c der Hülseneinheit 3 zugeordnet sind, und in Endbereichen 11id, 11jd, welche sich im Bereich der (vakuumseitigen) zweiten Stirnseite 3d der Hülseneinheit 3 befinden, ineinander übergehen. Konkret geht so das Sackloch 11(i-1) an dem Anfangsbereich 11(i-1)c in den Anfangsbereich 11ic des nächsten Sacklochs 11i über. Der Anfangsbereich eines jeweiligen Sacklochs 11i, 11j ist dabei vorliegend der Bereich, an welchem das Sackloch 11i, 11j sich zum Umgebungsbereich U' hin öffnet. Der Endbereich 11id des Sacklochs i geht dann in der Nähe der vakuumseitigen Stirnseite 3d in den Endbereich 11jd des nächsten Sacklochs 11j über. Der Endbereich 11id, 11jd ist dabei der Bereich, in welchem sich ein jeweiliger Boden des zugehörigen Sacklochs 11i, 11j befindet. Der Anfangsbereich 11jc des Fluidkanals 11j geht dann im Bereich der Stirnseite 3c wieder in den Anfangsbereich des nächsten Sacklochs 11(j+1)c über und so weiter. Da nächstbenachbarte Sacklöcher 11i, 11j in zumindest einer Ebene gegeneinander verkippt sind, vorliegend jeweils die übernächsten Sacklöcher 11(i-1), 11j sowie 11i, 11(j+1) in zumindest einer Ebene parallel zueinander verlaufen, ergibt sich so nach einem Abdichten aller Anfangsbereiche 11(i-1)c, 11ic, 11jc, 11(j+1)c durch entsprechende Dichtungselemente 14 ein durchgängiger Fluidkanal 11, welcher über zwei Anschlüsse 11a, 11b, d.h. zwei nicht abgedichtete Sacklöcher, mit einem Kühlfluid versorgt werden kann. Die beiden Sacklöcher, welche mit ihrem jeweiligen Anfangsbereich mit den Anschlüssen 11a, 11b gekoppelt sind, gehen dabei in ihrem Anfangsbereich nicht in ein anderes Sackloch über, sondern vorteilhafterweise ausschließlich in einen jeweils zugeordneten Endbereich.
