DE4107399A1

DE4107399A1 - Vorrichtung zur elektromagnetischen energieumwandlung

Info

Publication number: DE4107399A1
Application number: DE4107399A
Authority: DE
Inventors: Hermann R Oehme
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1991-03-08
Filing date: 1991-03-08
Publication date: 1992-09-10

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur elektromagne tischen Energieumwandlung, die einen aus Dynamoblechen aus gebildeten Stator sowie einen rotationsfähig im Bereich des Stators gelagerten Rotor aufweist.

Derartige Vorrichtungen werden beispielsweise als Drehstrom maschinen konstruiert und können als Drehstrom-Asynchron motor, als Drehstrom-Asynchrongenerator oder Drehstrom- Synchrongenerator ausgebildet sein. Der prinzipielle Aufbau dieser Maschinen beinhaltet im wesentlichen einen Stator, einen Rotor sowie ein den Stator kapselndes Gehäuse. Das Gehäuse dient sowohl zur Verhinderung eines Eindringens von Schmutzpartikeln als auch als mechanisches Verbindungsele ment. Aufgrund von im Bereich von Wicklungen der Maschine entstehender Wärme ist das Gehäuse mit einer komplizierten Rippenstruktur versehen, die eine große Oberfläche zur Wärmeabfuhr schafft. Aufgrund der durch diese Bauweise er folgenden indirekten Kühlung sind großdimensionierte Bauele mente erforderlich.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Vor richtung der einleitend genannten Art so zu verbessern, daß eine kompakte Bauweise und eine effektive Kühlung gewähr leistet wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Stator als ein tragendes Teil ausgebildet und mit Ausnehmun gen zur Führung eines Kühlmittels versehen ist.

Die Ausbildung des Stators als tragendes Teil ermöglicht es, die Vorrichtung ohne ein separates Gehäuse zu konstruieren und hierdurch sowohl das Baugewicht als auch die Anzahl der zu verwendenden Bauelemente zu reduzieren. Zur Gewähr leistung einer ausreichenden Kühlung sind im Bereich des Stators Ausnehmungen vorgesehen, in denen beispielsweise Kühlmittelleitungen angeordnet werden können. Diese direkte Kühlung ermöglicht eine unmittelbare Einflußnahme auf die Temperatur des Stators und damit eine Abführung eines wesentlichen Anteiles der entstehenden Wärme aus einer un mittelbaren Umgebung deren Entstehung.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, daß der Stator aus Statorblechen ausgebildet ist, die im Bereich ihrer dem Rotor zuwendbaren Ausdehnung Ausnehmungen zur Aufnahme von Statorwicklungen aufweisen. Die Ausbildung des Stators aus einzelnen Blechen führt zu einer definierten Leitung des magnetischen Flusses. Mit Hilfe der Ausnehmungen ist es möglich, die Statorwicklungen mit einem intensiven Kontakt zu den Statorblechen anzu ordnen.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist vor gesehen, daß die Statorbleche durch eine sich in Richtung einer Längsachse erstreckende Zugstange miteinander verbunden sind. Durch die Zugstange werden die Statorbleche gegeneinander und gegenüber Führungsringen verspannt. Auf diese Weise werden die durch Auflageelemente aus dem Fundament einge leitete Halterungskräfte aufgenommen und eine kompakte Anord nung gewährleistet.

Gemäß einer anderen bevorzugten Ausführungsform der Erfin dung ist vorgesehen, daß mit Hilfe der Zugstange Lagerschalen mit dem Stator verbunden sind, in deren Bereich eine Welle des Rotors gelagert ist. Durch die verschiedenen Funktionen der Zugstange wird vermieden, daß separate Halterungselemente zur Aufnahme der Lager der Rotorwelle benötigt werden. Die Anzahl der erforderlichen Bauelemente wird hierdurch weiter vermindert und eine aus reichend dichte Kapselung des Rotors gewährleistet.

Weitere Einzelheiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden ausführlichen Beschreibung und den beigefügten Zeichnungen, in denen eine bevorzugte Ausfüh rungsform der Erfindung beispielsweise veranschaulicht ist.

In den Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 eine teilweise geschnittene Seitenansicht einer Vorrichtung,

Fig. 2 eine Seitenansicht gemäß Blickrichtung II-II in Fig. 1 und

Fig. 3 eine teilweise dargestellte vergrößerte Draufsicht auf ein Statorblech.

Eine Vorrichtung zur elektromagnetischen Energieumwandlung besteht im wesentlichen aus einem Stator (1), einem inner halb des Stators (1) geführten Rotor (2) sowie den Rotor (2) relativ zum Stator (1) ausrichtenden Lagerschilden (3, 4). Der Stator (1) ist aus Statorblechen (5) ausgebildet, die im wesentlichen kreisringförmig eine Rotorausnehmung (6) be grenzen. Im Bereich ihrer der Rotorausnehmung (6) zugewand ten Begrenzungen weisen die Statorbleche (5) Ausnehmungen (7) zur Aufnahme von Statorwicklungen (8) auf. Die Ausneh mungen (7) erstrecken sich im wesentlichen radial zu einem Mittelpunkt der Rotorausnehmung (6) und sind im Bereich ihrer der Rotorausnehmung (6) zugewandten Ausdehnung von Stegen (9) verjüngt, die im wesentlichen in einer Umfangs richtung der Statorbleche (5) ausgerichtet sind. Im Bereich ihrer der Rotorausnehmung (6) abgewandten Begrenzungen weisen die Statorbleche (5) Ausnehmungen (10) auf, die zur Aufnahme einer Kühlmittelleitung (11) vorgesehen sind. Die Ausnehmungen (10) weisen im wesentlichen eine kreisring förmige Querschnittfläche auf und sind über Spalte (12) mit einer Umgebung des Stators (1) verbunden. Die Statorbleche (5) weisen darüber hinaus eingestanzte Nuten (13) zur Aufnahme von Zugstangen (14) auf, die die Statorbleche (5) halten, gegeneinander und gegenüber Außenblechen (16, 17) verspannen und eine Halterungskräfte übertragende Verbindung über Stege (30) zu Auflageelementen (35) herstellen, über die sich die Vorrichtung auf einem nicht dargestellten Sockel abstützt.

Im Bereich von den Stator in Richtung einer Längsachse (15) seitlich begrenzenden Außenblechen (16, 17) sind Führungsringe (18) angeordnet, die im Bereich ihrer dem Rotor (6) abgewand ten Begrenzung einen Steg (19) aufweisen, der sich im wesent lichen in Richtung der Längsachse (15) erstreckt und gleich falls wie der Führungsring (18) im wesentlichen rotationssym metrisch zur Längsachse (15) angeordnet ist. Der Führungsring (18) zentriert mit dem Steg (19) die Lagerschilde (3, 4). Die Lagerschilde (3, 4) bestehen aus im wesentlichen in Richtung der Längsachse (15) verlaufenden Seitenblechen (20) sowie im wesentlichen quer zur Längsachse (15) angeordneten Schild deckeln (21). Im Bereich ihrer dem Stator (1) abgewandten Ausdehnung sind die Schilddeckel (21) mit sie versteifenden Stegen (22) versehen. In die Schilddeckel (21) sind im wesentlichen rotationssymmetrisch zur Längsachse (15) ange ordnete Halterungen (23) eingesetzt, die Kugellager (24) führen, die zur Aufnahme einer Rotorwelle (25) vorgesehen sind. Die Kugellager (24) werden über Lagerdeckel (26) im Bereich der Halterung (23) fixiert. Die Lagerdeckel (26) sind über Schrauben (27) mit den Halterungen (23) verbunden. Zur Ermöglichung einer spielfreien Montage sind zwischen den Lagerdeckeln (26) und den Kugellagern (24) Federn (28) ange ordnet, die die Kugellager (24) relativ zu den Lagerdeckeln (26) verspannen. Eine ausreichende Abdichtung der Lagerdeckel (26) relativ zur Rotorwelle (25) wird durch Dichtungen (29) ermöglicht.

In einem seitlichen Bereich der Lagerschilde (3, 4) sind Stege (30) angeordnet, in denen Ausnehmungen zur Aufnahme der Zugstange (14) vorgesehen sind. Die durch die Ausnehmungen im Bereich der Stege (30) hindurchgeführte Zugstange (14) werden von Muttern (31) relativ zu den Stegen (30) verspannt und ziehen die Statorbleche (5) gegeneinander.

Die in den Ausnehmungen (10) geführten Kühlmittelleitungen (11) sind im wesentlichen aus etwa gradlinigen Segmenten (32) und Umlenkbögen (33) ausgebildet. Die gradlinigen Segmente (32) sind innerhalb der Statorbleche (5) geführt und ragen im Bereich der Außenbleche (16, 17) aus den Ausneh mungen (10) heraus. Die aus den Außenblechen (16, 17) heraus ragenden Endstücke der gradlinigen Segmente (32) sind durch Umlenkbögen (33) miteinander verbunden.

Eine Zufuhr und eine Abfuhr eines die Kühlmittelleitung (11) durchströmenden Kühlmittels erfolgt im Bereich von Anschluß kupplungen (34), die im Bereich der Stege (30) angeordnet sind.

Eine Montage des Stators (1) im Bereich eines Sockels kann mit Hilfe von Auflageelementen (35) erfolgen, die über Ver steifungen (36) mit mindestens zwei Verstrebungen (37) ver bunden sind, die sich in Richtung der Längsachse (15) ent lang mindestens zweier der Stege (30) erstrecken und mit diesen Kräfte übertragend verbunden sind.

Eine Montage der beispielsweise als Drehstrom-Asynchron motor, Drehstrom-Asynchrongenerator oder Drehstrom-Synchron generator ausgebildeten Vorrichtung erfolgt zweckmäßiger weise derart, daß zunächst die Statorbleche (5) aneinander gefügt werden und anschließend der Rotor (2) eingesetzt wird. Nach einer Einführung der Zugstange (14) in die Nuten (13) der einandergefügten Statorbleche (5) und einem Auf setzen der Lagerschilde (3, 4) erfolgt eine Verspannung der Statorbleche (5) gegeneinander und gegenüber den Stegen (30) durch ein Anziehen der die Zugstange (14) beaufschlagenden Muttern (31). Zur Ermöglichung einer Kühlung werden an schließend die gradlinigen Segmente (32) der Kühlmittellei tungen (11) in die Ausnehmungen (10) eingesetzt und mit Hilfe der Umlenkbögen (33) verbunden. Die Verbindung der Umlenkbögen (33) mit den gradlinigen Segmenten (32) kann beispielsweise durch ein Verlöten erfolgen, das insbesondere bei einer Ausbildung der Kühlmittelleitung (11) aus Kupfer rohren zweckmäßig ist. Derartige Kühlmittelleitungen (11) sind insbesondere zur Aufnahme von flüssigen Kühlmitteln geeignet und können somit beispielsweise Wasser oder Öl aufnehmen. Nach einer ausreichenden Verspannung der Stator bleche (5) gegeneinander ist es möglich, eine Verschweißung der Statorbleche (5) in Richtung der Längsachse (15) vorzu nehmen. Eine derartige Verschweißung erfolgt vorzugsweise im Bereich der Nuten (13), wodurch die Statorbleche (5) mit den Zugstange (14) verbunden werden.

Claims

1. Vorrichtung zur elektromagnetischen Energieumwandlung, die einen aus Dynamoblechen ausgebildeten Stator sowie einen rotationsfähig im Bereich des Stators gelagerten Rotor auf weist, dadurch gekennzeichnet, daß der Stator (1) als ein tragendes Teil ausgebildet und mit Ausnehmungen (10) zur Führung eines Kühlmittels versehen ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in den Ausnehmungen (10) mindestens eine das Kühlmittel führende Kühlmittelleitung (11) angeordnet ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich net, daß der Stator (1) aus Statorblechen (5) ausgebildet ist, die im Bereich ihrer einer Rotorausnehmung (6) zuge wandten Ausdehnung mit Ausnehmungen (7) zur Halterung von Statorwicklungen (8) versehen sind.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeich net, daß die Ausnehmungen (10) zur Führung der Kühlmittel leitungen (11) eine im wesentlichen gerundet ausgebildete Querschnittfläche aufweisen und von Spalten (12) in den Bereich einer äußeren Begrenzung des Stators (1) übergelei tet sind.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeich net, daß die Kühlmittelleitung (11) mindestens bereichsweise aus gradlinigen Segmenten (32) ausgebildet ist, die von Umlenkbögen (33) miteinander verbunden sind, die mindestens bereichsweise außerhalb des Stators (1) angeordnet sind.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeich net, daß zur Verspannung der Statorbleche (5) mindestens ein Zugstange (14) vorgesehen ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeich net, daß die Zugstange (14) im Bereich von Lagerschilden (3, 4) angeordnete Stege (30) beaufschlagt und die Lager schilde (3, 4) mit dem Stator (1) verbindet.

8. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeich net, daß die Zugstange (14) in Nuten (13) geführt ist, die in die Statorbleche (5) eingestanzt sind.

9. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeich net, daß die Zugstange (14) über Stege (30) mit Auflage elementen (35) verbunden ist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 9, dadurch gekennzeich net, daß im Bereich der Lagerschilde (3, 4) Kugellager (24) zur Führung einer Rotorwelle (25) angeordnet sind.

11. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 10, dadurch gekennzeich net, daß die Stege (30) relativ zu einer Längsachse (15) des Stators (1) als mechanische Trägerelemente ausgebildet und im wesentlichen tragsternartig angeordnet sind.

12. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 11, dadurch gekennzeich net, daß die Statorwicklungen (8) im Bereich der Lagerschil de (3, 4) umgelenkt sind.

13. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 12, dadurch gekennzeich net, daß der Stator (1) mindestens bereichsweise als selbst tragendes Gehäuse ausgebildet ist.

14. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 13, dadurch gekenn zeichnet, daß der Stator (1) als eine Schmutzkapselung aus gebildet ist.

15. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 14, dadurch gekenn zeichnet, daß die Statorbleche (5) in Richtung der Längs achse (15) mit mindestens einem der Zugstange (14) nach dem Verspannen verschweißt sind.

16. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 15, dadurch gekenn zeichnet, daß das Kugellager (24) von einer Feder (28) relativ zum Lagerschild (3, 4) verspannt ist.

17. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 16, dadurch gekenn zeichnet, daß im Bereich des Lagerschildes (3, 4) eine auf der Rotorwelle (25) geführte Dichtung (29) angeordnet ist.

18. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 17, dadurch gekenn zeichnet, daß mindestens einer der Lagerschilde (3, 4) aus sich in Richtung der Längsachse (15) erstreckenden Seiten blechen (20) sowie einem im wesentlichen quer zur Längsachse (15) angeordneten Schilddeckel (21) ausgebildet ist.

19. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 18, dadurch gekenn zeichnet, daß mindestens einer der Lagerschilde (3, 4) im Bereich seines Seitenbleches (20) von einem Führungsring justiert ist, der mit dem Stator (1) verbunden sowie mit einem sich in Richtung der Längsachse (15) erstreckenden Steg (19) zur Führung des Lagerschildes (3, 4) versehen ist.

20. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 19, dadurch gekenn zeichnet, daß der Stator (1) als Teil einer Drehstrom maschine ausgebildet ist.

21. Vorrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehstrommaschine als ein Asynchronmotor ausgebildet ist.

22. Vorrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß der Drehstrommaschine als ein Asynchrongenerator ausge bildet ist.

23. Vorrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehstrommaschine als ein Synchrongenerator ausge bildet ist.