EP2368307A1 - Synchronmaschine - Google Patents

Synchronmaschine

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EP2368307A1
EP2368307A1 EP09771684A EP09771684A EP2368307A1 EP 2368307 A1 EP2368307 A1 EP 2368307A1 EP 09771684 A EP09771684 A EP 09771684A EP 09771684 A EP09771684 A EP 09771684A EP 2368307 A1 EP2368307 A1 EP 2368307A1
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EP
European Patent Office
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support body
rotor
support
bodies
receptacle
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP09771684A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Sönke Siegfriedsen
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Aerodyn Engineering GmbH
Original Assignee
Aerodyn Engineering GmbH
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Publication date
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    • Y10T29/49009—Dynamoelectric machine
    • Y10T29/49012—Rotor

Definitions

  • the invention relates to a rotor for an electric machine, e.g. an electric generator or an electric motor, with a base body and a plurality of fixed to the base body, permanent magnets carrying support bodies.
  • an electric machine e.g. an electric generator or an electric motor
  • connection between the rotor base body and the support body by means of a positive connection, in which in the main body of the rotor, a groove is made in the form of a dovetail into which a formed on the support bodies dovetail-shaped pin can be introduced.
  • a positive connection in which in the main body of the rotor, a groove is made in the form of a dovetail into which a formed on the support bodies dovetail-shaped pin can be introduced.
  • the object of the invention is therefore to provide a rotor for an electric machine, which is easier but equally safe to assemble.
  • Fig. 1 is a perspective view of a rotor according to the invention
  • FIG. 2 is a detail of an axial view of the rotor according to a particularly preferred embodiment of FIG. 1;
  • FIG. 3 shows a detail of an axial view during an assembly phase of the rotor from FIG. 1;
  • Fig. 4 is a radial view of the rotor during another assembly phase
  • FIG. 5 shows a detail of an axial view of the rotor according to an alternative embodiment shown in FIG. 2;
  • FIG. 6 shows a section of an axial view of the rotor according to another alternative embodiment shown in FIG. 2.
  • the basic idea of the invention is, instead of a groove to be milled in the main body of the rotor 10, to form the supporting bodies 30a, 30b of the permanent magnet 40 in such a way that the two spaced apart first support body 30a with their mutually facing flanks form a receptacle into which a second with respect to its edges complementarily formed support body 30b can be inserted, whereby in the radial direction a positive connection between the first support body 30a and second support body 30b is achieved.
  • first attaching two relatively widely spaced first support body 30a to the main body 20 of the rotor 10 is that at a greater working distance between the permanent magnet 40 acting attraction and repulsion forces are minimized and the support body 30a can be handled so better. At the same time, the safety at work is increased.
  • Fig. 1 shows a particularly preferred designed rotor according to the invention.
  • the rotor 10 has a main body 20, on which the supporting bodies 30a, 30b carrying the permanent magnets 40 are fastened.
  • the first support bodies 30a are arranged alternately with the second support bodies 30b on the circumference of the main body 20 of the rotor 10.
  • the receptacle formed by the first support bodies 30a is preferably dovetail-shaped, wherein the second support body 30b itself is designed as a dovetail.
  • the first support bodies 30a is preferably dovetail-shaped, wherein the second support body 30b itself is designed as a dovetail.
  • Supporting body 30 a and the second support body 30 b have a spring connection, as this in
  • Fig. 5 and 6 is shown.
  • the spring connection can also be used as a groove and
  • Spring connection may be formed, wherein preferably an element 70 is inserted into the grooves provided in the (nearly) identically designed support bodies 30a, 30b.
  • the element 70 is either with the first support body 30a or with the second
  • Support body 30b firmly connected.
  • first and second support bodies 30a, 30b are formed with the same overlapping surface, with first and second support bodies 30a, 30b being particularly preferred identical and wherein the permanent magnets 40 are secured to the first and second bodies 30a, 30b on opposite sides.
  • first support bodies 30a can also be designed to be sector-shaped in cross-section and the second support body 30b to be complementary thereto.
  • the second support bodies 30b are inserted into the receptacles formed by the first support bodies 30a so that the second support bodies 30b are securely held in the receptacle and prevented by the receptacle from yielding to the attractive forces of the first support bodies 30a.
  • Base body 20 of the rotor 10 introduced and fixed at a distance from each other such that a second support body 30b can be accommodated between the first support bodies 30a.
  • the first support body 30a form a receptacle for the second support body 30b with their aligned flanks.
  • the second support body 30b is inserted into the receptacle formed by the first support bodies 30a, wherein the flanks of the second support body 30b are complementary to the flanks of the first support body 30a, so that such a radial positive connection between the first and second support body 30a, 30b takes place , the
  • the second support body 30b directly on the base body 20, for example by means of screws 50, fixed.
  • a fixation of the support body 30a, 30b with the base body 20 by means of screw 50 is in particular the possibility of the first support body 30a, for example, provided on the support body 30a stud bolts (not shown), not fully tightened during assembly on the base body 20, so initially still a game remains and thereby the highest possible manufacturing tolerances in the manufacture of the support body 30a, 30b are possible.
  • the second support bodies 30b Only after the second support bodies 30b have been introduced into the receptacle formed by the first support bodies 30a, can the first and the second support bodies 30a, 30b be brought into their final position by tightening the screw connections 50 without jeopardizing occupational safety.
  • all the first support body 30a required for a rotor 10 may first be fastened to the main body of the rotor 10, between which the second support bodies 30b are then successively inserted and fixed.
  • first and the second support bodies 30a, 30b preferably have fastening means designed as (threaded) bores, which are arranged differently, so that first support bodies 30a differ from second support bodies 30b due to different "hole patterns" Holes (not shown) may then be used to fix fasteners 50. Also, this design contributes to increased occupational safety due to a better structured operation.
  • the firm tightening of the support body 30a, 30b to the main body 20 of the rotor 10 to a closely interconnected unit in addition to the above-mentioned working aspects further has the advantage that air gap losses can be minimized.
  • the method according to the invention is particularly preferably carried out in such a manner that, prior to fastening the first support body 30a, at least one space holder 60 (a so-called dummy, see FIG.
  • the placeholder 60 has approximately the same dimensions as the second support body 30b, but it can also be provided that the placeholder is slightly larger than the second support body 30b in order to take into account manufacturing tolerances.

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Abstract

Rotor (10) für eine elektrische Maschine, mit einem Grundkörper (20) und einer Mehrzahl von am Grundkörper (20) befestigten, Permanentmagneten (40) tragenden Tragkörpern (30a, 30b), dadurch gekennzeichnet, dass zwei voneinander beabstandete erste Tragkörper (30a) eine Aufnahme für einen zweiten Tragkörper (30b) zur formschlüssigen Verbindung der ersten Tragkörper (30a) mit dem zweiten Tragkörper (30b) bilden.

Description

Synchronmaschine
Die Erfindung betrifft einen Rotor für eine elektrische Maschine, z.B. einen elektrischen Generator oder einen Elektromotor, mit einem Grundkörper und einer Mehrzahl von am Grundkörper befestigten, Permanentmagneten tragenden Tragkörpern.
Der Aufbau derartiger Rotoren ist seit langem bekannt. Ebenso lange bereitet es auch Probleme, die auf Tragkörpern zumeist verklebten Permanentmagneten am Rotorgrundkörper zu befestigen. Für die Montage werden besondere Sicherungsvorkehrungen für das Personal getroffen, wobei insbesondere aufgrund der von den Permanentmagneten erzeugten erheblichen Magnetfelder sichergestellt sein muss, dass in die Arbeitsräume nur amagnetische
Materialien eingebracht, speziell ausschließlich amagnetisches Werkzeug verwendet wird. Darüber hinaus erfolgt die Montage in Reinräumen, um Verunreinigungen auszuschließen, die den Betrieb der zu montierenden elektrischen Maschinen negativ beeinflussen könnten.
Bei der Montage der Permanentmagneten am Außenumfang des Rotorgrundkörpers besteht speziell das Problem, dass die auf benachbarten Tragkörpern angeordneten Magneten starke Anziehungs- bzw. Abstoßungskräfte aufeinander ausüben und die Montage daher erheblich erschweren. Des weiteren wirken bei Betrieb der Maschine zusätzlich zu den magnetischen Kräften Fliehkräfte auf die Tragkörper, sodass es notwendig ist, eine extrem sichere und beständige Verbindung zwischen den Permanentmagneten bzw. der Tragkörpern und dem Grundkörper des Rotors zu schaffen.
Üblicherweise erfolgt die Verbindung zwischen Rotorgrundkörper und Tragkörper mittels einer formschlüssigen Verbindung, bei der im Grundkörper des Rotors eine Nut in Form eines Schwalbenschwanzes gefertigt ist, in die ein an den Tragkörpern ausgebildeter schwalbenschwanzförmiger Zapfen eingeführt werden kann. Derartige Ausgestaltungen sind beispielsweise aus der EP 1 439 626 Al und der DE 197 05 432 Al bekannt.
Diese Ausbildung stellt zwar sicher, dass die Tragkörper und damit die darauf befestigten Dauermagneten sukzessive durch Einschieben in die Nut am Rotorgrundkörper jeweils belastbar befestigt werden können. Allerdings ist die Ausfuhrung dieser Verbindung sehr arbeitsaufwändig und bedarf hoher Präzision, um die notwendigen Fertigungstoleranzen einzuhalten. Die Herstellung der Rotoren ist daher auch sehr kostenintensiv.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen Rotor für eine elektrische Maschine zu schaffen, der einfacher aber ebenso sicher zu montieren ist.
Die Aufgabe wird durch den Rotor mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst. Die Unteransprüche geben vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung wieder.
Die Erfindung wird anhand eines in den Zeichnungen dargestellten bevorzugten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine perspektivische Ansicht eines Rotors nach der Erfindung;
Fig. 2 einen Ausschnitt einer Axialansicht des Rotors nach einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel aus Fig. 1 ;
Fig. 3 einen Ausschnitt einer Axialansicht während einer Zusammenbauphase des Rotors aus Fig. 1 ;
Fig. 4 eine Radialansicht des Rotors während einer weiteren Zusammenbauphase;
Fig. 5 einen Ausschnitt einer Axialansicht des Rotors nach einem zu dem in Fig. 2 gezeigten alternativen Ausführungsbeispiel; und
Fig. 6 einen Ausschnitt einer Axialansicht des Rotors nach einem weiteren zu dem in Fig. 2 gezeigten alternativen Ausführungsbeispiel.
Grundidee der Erfindung ist es, anstelle einer in den Grundkörper des Rotors 10 zu fräsenden Nut, die Tragkörper 30a, 30b der Permanentmagneten 40 derart auszubilden, das zwei beabstandet angeordnete erste Tragkörper 30a mit ihren einander zugewendeten Flanken eine Aufnahme bilden, in die ein zweiter in Bezug auf dessen Flanken komplementär ausgebildeter Tragkörper 30b eingeschoben werden kann, wodurch in radialer Richtung eine formschlüssige Verbindung zwischen ersten Tragkörpern 30a und zweitem Tragkörper 30b erreicht wird.
Der Vorteil zunächst zwei relative weit voneinander beabstandete erste Tragkörper 30a am Grundkörper 20 des Rotors 10 zu befestigen, liegt darin, dass bei einem größeren Arbeitsabstand die zwischen den Permanentmagneten 40 wirkenden Anziehungs- und Abstoßungskräfte minimiert werden und die Tragkörper 30a so besser gehandhabt werden können. Gleichzeitig wird damit die Arbeitssicherheit erhöht.
Fig. 1 zeigt einen besonders bevorzugt ausgestalteten Rotor nach der Erfindung. Der Rotor 10 weist einen Grundkörper 20 auf, an dem die die Permanentmagneten 40 tragenden Tragkörper 30a, 30b befestigt sind. Wie in Fig. 1 angegeben sind die ersten Tragkörper 30a mit den zweiten Tragkörpern 30b am Umfang des Grundkörpers 20 des Rotors 10 alternierend angeordnet.
Bevorzugt ist die von den ersten Tragkörpern 30a gebildete Aufnahme - wie aus Fig. 2 ersichtlich - schwalbenschwanzförmig ausgebildet, wobei der zweite Tragkörper 30b selbst als Schwalbenschwanz ausgebildet ist. Alternativ oder zusätzlich können die ersten
Tragkörper 30a und der zweite Tragkörper 30b eine Federverbindung aufweisen, wie dieses in
Fig. 5 und 6 dargestellt ist. Dabei kann die Federverbindung auch als Nut- und
Federverbindung ausgebildet sein, wobei bevorzugt ein Element 70 in die in den (nahezu) identisch ausgebildeten Tragkörpern 30a, 30b vorgesehenen Nuten eingesetzt ist. Besonders bevorzugt ist das Element 70 entweder mit dem ersten Tragkörper 30a oder mit dem zweiten
Tragkörper 30b fest verbunden.
Bevorzugt sind der erste und der zweite Tragkörper 30a, 30b mit gleicher überdeckender Fläche ausgebildet, wobei erster und zweiter Tragkörper 30a, 30b besonders bevorzugt identisch ausgebildet und wobei die Permanentmagneten 40 am ersten und zweiten Körper 30a, 30b auf gegenüberliegenden Seiten befestigt sind.
Die ersten Tragkörper 30a können hierfür im Querschnitt auch sektorlormig und der zweite 5 Tragkörper 30b komplementär dazu gestaltet sein.
Die zweiten Tragkörper 30b werden in die von den ersten Tragkörpern 30a gebildeten Aufnahmen eingeschoben, sodass die zweiten Tragkörper 30b sicher in der Aufnahme gehalten werden und durch die Aufnahme daran gehindert sind, den Anziehungskräften der 10 ersten Tragkörper 30a nachzugeben.
Sind die zweiten Tragkörper 30b zwischen die am Grundkörper 20 des Rotors 10 in axialer Richtung befestigten ersten Tragkörper 30a eingeschoben und gegen ein radiales Verschieben durch Formschluss gesichert, werden diese zusätzlich am Grundkörper 20 fixiert. [5
Bei der Montage des erfindungsgemäßen Rotors 10 beispielsweise für einen Synchrongenerator einer Windenergieanlage würde man folgendermaßen, wie beispielhaft in Fig. 3 und 4 dargestellt, vorgehen:
10 Zunächst werden wenigstens zwei erste Tragkörper 30a mit einem Werkzeug 100 an den
Grundkörper 20 des Rotors 10 herangeführt und in einem Abstand zueinander derart befestigt, dass ein zweiter Tragkörper 30b zwischen den ersten Tragkörpern 30a aufgenommen werden kann. Die ersten Tragkörper 30a bilden mit ihren zueinander ausgerichteten Flanken eine Aufnahme für den zweiten Tragkörper 30b.
>5
Darauf wird der zweite Tragkörper 30b in die von den ersten Tragkörpern 30a gebildete Aufnahme eingeschoben, wobei die Flanken des zweiten Tragkörpers 30b zu den Flanken der ersten Tragkörper 30a komplementär ausgebildet sind, sodass derart eine radiale formschlüssige Verbindung zwischen ersten und zweitem Tragkörper 30a, 30b erfolgt, die
50 einem radialen Abheben des zweiten Tragkörpers 30b entgegen wirkt. Bevorzugt werden die zweiten Tragkörper 30b direkt am Grundkörper 20, z.B. mittels Schrauben 50, fixiert.
Bei einer Fixierung der Tragkörper 30a, 30b mit dem Grundkörper 20 mittels Schraubverbindungen 50 besteht insbesondere die Möglichkeit, die ersten Tragkörper 30a, die beispielsweise am Tragkörper 30a vorgesehene Stiftschrauben aufweisen (nicht dargestellt), bei der Montage noch nicht vollständig am Grundkörper 20 anzuziehen, sodass zunächst noch ein Spiel verbleibt und dadurch möglichst hohe Fertigungstoleranzen bei der Fertigung der Tragkörper 30a, 30b ermöglicht sind. Erst nachdem die zweiten Tragkörper 30b in die von den ersten Tragkörpern 30a gebildete Aufnahme eingebracht sind, können die ersten und die zweiten Tragkörper 30a, 30b durch Anziehen der Schraubverbindungen 50 in ihre endgültige Position gebracht werden, ohne dass die Arbeitssicherheit gefährdet wäre.
Darauf wiederholt man die vorgenannten Schritte bis alle ersten und zweiten Tragkörper 30a, 30b am Grundkörper 20 des Rotors 10 befestigt sind.
Alternativ dazu können auch zunächst alle für einen Rotor 10 benötigten ersten Tragkörper 30a am Grundkörper des Rotors 10 befestigt werden, zwischen denen dann sukzessive die zweiten Tragkörper 30b eingeschoben und fixiert werden.
Auch kann vorgesehen sein, dass die ersten und die zweiten Tragkörper 30a, 30b bevorzugt als (Gewinde-)Bohrungen ausgebildete Befestigungsmittel aufweisen, die unterschiedlich angeordnet sind, sodass sich erste Tragkörper 30a von zweiten Tragkörpern 30b aufgrund verschiedener „Lochmuster" voneinander unterscheiden. In diese (nicht dargestellten) Bohrungen können dann Befestigungsmittel 50 eingesetzt werden. Auch diese Ausbildung trägt zu einer erhöhten Arbeitssicherheit aufgrund eines besser strukturierten Arbeitsvorgangs bei.
Das feste Anziehen der Tragkörper 30a, 30b an den Grundkörper 20 des Rotors 10 zu einer eng miteinander verbundenen Einheit hat neben den oben genannten arbeitstechnischen Aspekten weiterhin den Vorteil, dass Luftspaltverluste minimiert werden können. Besonders bevorzugt wird das erfindungsgemäße Verfahren derart durchgeführt, dass vor Befestigen der ersten Tragkörper 30a wenigstens ein den Raum für den zweiten Tragkörper 30b freihaltender Platzhalter 60 (ein sogenannter „Dummy"; siehe Fig. 3) am Grundkörper 20 des Rotors 10 befestigt wird, der nach dem Befestigen der ersten Tragkörper 30a und vor Einbringen des wenigstens einen zweiten Tragkörpers 30b entfernt wird. Dadurch wird gewährleistet, dass die ersten Grundkörper 30a in einem Abstand zueinander befestigt werden, bei dem sichergestellt ist, dass ein zweiter Tragkörper 30b zwischen die ersten Tragkörper 30a eingeschoben werden kann. Hierfür hat der Platzhalter 60 in etwa dieselben Abmessungen wie der zweite Tragkörper 30b. Es kann aber auch vorgesehen sein, dass der Platzhalter etwas größer als der zweite Tragkörper 30b ausgebildet ist, um Fertigungstoleranzen zu berücksichtigen.

Claims

ANSPRÜCHE
1. Rotor (10) für eine elektrische Maschine, mit einem Grundkörper (20) und einer
Mehrzahl von am Grundkörper (20) befestigten, Permanentmagneten (40) tragenden Tragkörpern (30a, 30b),
dadurch gekennzeichnet, dass
zwei voneinander beabstandete erste Tragkörper (30a) eine Aufnahme für einen zweiten Tragkörper (30b) zur formschlüssigen Verbindung der ersten Tragkörper (30a) mit dem zweiten Tragkörper (30b) bilden.
2. Rotor (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die von den ersten Tragkörpern (30a) gebildete Aufnahme zur Aufnahme eines im Querschnitt schwalbenschwanzförmigen zweiten Tragkörpers (30b) schwalbenschwanzförmig ausgebildet ist.
3. Rotor (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste und der zweite Tragkörper (30a, 30b) eine Federverbindung ausbilden.
4. Rotor (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die vom ersten und vom zweiten Tragkörper (30a, 30b) überdeckte Fläche identisch ist.
5. Rotor (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste und der zweite Tragkörper (30a, 30b) identisch ausgebildet sind, wobei die Peimanentmagneten (40) beim ersten und zweiten Tragkörper (30a, 30b) auf gegenüberliegenden Seiten befestigt sind.
6. Rotor (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Tragkörper (30b) mit Befestigungsmitteln (50) am Grundkörper (20) fixiert ist.
7. Rotor (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Tragkörper (30a, 30b) zur Achse des Grundkörpers (20) achsparallel angeordnet sind.
8. Rotor (20) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten Tragkörper (30a) einen sektorförmigen Querschnitt aufweisen.
9. Rotor (20) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten und die zweiten Tragkörper (30a, 30b) unterschiedlich angeordnete
Befestigungsmittel (50) aufweisen.
10. Rotor (20) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die an den ersten und zweiten Tragkörpern (30a, 30b) angeordneten Befestigungsmittel als unterschiedliche
Lochmuster ausbildende Bohrungen ausgebildet sind.
11. Synchrongenerator mit einem Rotor (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 10.
12. Verfahren zum Herstellen eines Rotors (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, gekennzeichnet durch die Schritte:
- Befestigen von wenigstens zwei ersten Tragkörpern (30a) am Grundkörper des Rotors (10), wobei die ersten Tragkörper (30a) an ihren zueinander ausgerichteten Flanken eine Aufnahme für jeweils einen zwischen den ersten Tragkörpern (30b) zu befestigenden zweiten Tragkörper (30b) zur formschlüssigen Verbindung der ersten Tragkörper (30a) mit dem zweiten Tragkörper (30b) ausbilden,
- Einbringen des wenigstens einen zweiten Tragkörpers (30b) in die von den ersten Tragkörpern (30a) gebildete Aufnahme, wobei die Flanken des zweiten Tragkörpers (30b) zu den Flanken der ersten Tragkörper (30a) komplementär ausgebildet sind, und
- Wiederholen der vorgenannten Schritte bis alle Tragkörper (30a, 30b) am Grundkörper (20) befestigt sind.
13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die zweiten Tragkörper
(30b) nach Einbringen in die Aufnahmen am Grundkörper (20) fixiert werden.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass vor Befestigen der ersten Tragkörper (30a) wenigstens ein den Raum für den zweiten
Tragkörper (30b) freihaltender Platzhalter (60) am Grundkörper des Rotors (10) befestigt wird, der nach dem Befestigen der ersten Tragkörper (30a) und vor Einbringen des wenigstens einen zweiten Tragkörpers (30b) entfernt wird.
EP09771684A 2008-12-23 2009-11-05 Synchronmaschine Withdrawn EP2368307A1 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102008063045A DE102008063045A1 (de) 2008-12-23 2008-12-23 Synchronmaschine
PCT/DE2009/001567 WO2010072189A1 (de) 2008-12-23 2009-11-05 Synchronmaschine

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Publication Number Publication Date
EP2368307A1 true EP2368307A1 (de) 2011-09-28

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Application Number Title Priority Date Filing Date
EP09771684A Withdrawn EP2368307A1 (de) 2008-12-23 2009-11-05 Synchronmaschine

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EP (1) EP2368307A1 (de)
JP (1) JP2012504933A (de)
KR (1) KR101197342B1 (de)
CN (1) CN102177639A (de)
AU (1) AU2009329573A1 (de)
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