JP2013510542A

JP2013510542A - 電気的機械

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Publication number: JP2013510542A
Application number: JP2012535631A
Authority: JP
Inventors: マルセル・フェーター; クロード・シュタルダー; ロガー・ズーター; ゲオルク・クラインハンス
Original assignee: MAN Energy Solutions SE
Current assignee: MAN Energy Solutions SE
Priority date: 2009-11-06
Filing date: 2010-09-07
Publication date: 2013-03-21
Also published as: EP2497183A2; DE102009046482A1; WO2011054351A3; WO2011054351A2; RU2012123397A; US20130033148A1; CN102598475A

Abstract

内周面を有するハウジングと、当該ハウジングに装入されているステータであって、それによって当該ステータの外周面がハウジングの内周面に対向し、ハウジングの内周面と当該ステータの外周面との間に隙間ばめが形成されているステータと、少なくとも一つの固定要素であって、個々の固定要素がステータを形状接続的にハウジングに接続し、それによってステータはひねり強さを有してハウジングに留められている固定要素と、電気的機械の径方向においてステータの内側に、回転自在にハウジング内に軸受けされているロータとを有している電気的機械。

Description

本発明は、ハウジングと、当該ハウジング内に、ねじれ強さを有して組み込まれたステータと、当該ハウジング内に回転自在に軸受けされたロータとを有する電気的機械に関する。

このような電気的機械は、回転式に作動する電気モータもしくは発電機として従来技術から知られている。

このような電気モータもしくは発電機のステータもしくはスタンドは、通常、例えば特許文献１に記載されているように、層状に積み重ねられた円形の薄いプレートから構成される。

従来技術によると、ステータは、当該ステータの外周面がハウジングの内周面に対向するようにハウジング内に組み込まれており、特許文献２に記載されているように、ハウジングの内周とステータの外周との間には締まりばめが形成される。ステータは、このように、ずれに抗するようにハウジング内に保持されている。

ステータとハウジングとを結合するために、従来技術によれば、まずハウジングが加熱され、その後、ステータがハウジングに装入され、それによって、冷却後、ハウジングとステータとの間に締まりばめが成立する。

しかしながら、このように構成された電気モータもしくは発電機は、いくつかの不利点を有している。電気的機械の停止時に、ハウジングはステータに対して、当該電気的機械の径方向において常に圧力を加えている。径方向に圧力をかけられることによって、ステータのプレートは軸方向に湾曲し、それによって運転中に当該ステータのプレートに、ガスが滞留しかねない。

ステータは運転中に生じる加熱によって、軸方向にも径方向にも膨張しようとするので、ステータは当該ステータの膨張によって、ハウジングに対して径方向において張力を及ぼすか、もしくは、ハウジング内で電気的機械の周方向に作用する引っ張り応力を生じさせる。電気的機械が例えば圧縮機の駆動のために用いられる場合、当該圧縮機における媒体の圧縮によって、高温が生じ得る。当該高温はまた、ステータをさらに加熱するとともに、当該ステータの径方向および軸方向における膨張を増大させ、それとともにハウジングの引っ張り応力をさらに増大させる。さらに、電気的機械の運転時には、ハウジング内に高い内圧が生じ得る。当該内圧はハウジングに対して、さらに張力を加える。したがって、結論として、ハウジングは発生する引っ張り応力に耐えるように大きく構成されていなければならない。

電気的機械の出力上昇時の膨張と、出力低下時の収縮とによって、ハウジング内のステータの位置は、当該ステータの初期位置もしくは目標位置に対して変化する可能性がある。また、ステータが損傷した場合、当該ステータを交換するために多大な手間をかける必要がある。

独国特許出願公開第103 33 728号明細書独国実用新案第203 17 814号明細書

本発明は、電気的機械であって、当該電気的機械においてステータとハウジングの取り付けおよび取り外しが簡易化されるとともに、より迅速に実施可能となり、かつ、ハウジング内のステータの位置が、当該ステータの初期位置に対して作動条件によって変化しない電気的機械を提供することを課題とする。

上記の課題は、請求項１に記載の電気的機械によって達成される。本発明のさらなる構成は、それぞれ、従属請求項に規定されている。

本発明によれば電気的機械は以下のものを有している。すなわち、それは、内周面を有するハウジングと、当該ハウジングに装入されているステータであって、それによって当該ステータの外周面がハウジングの内周面に対向し、ハウジングの内周面とステータの外周面との間に隙間ばめが形成されているステータと、少なくとも一つの固定要素であって、個々の固定要素がステータを形状接続的にハウジングに接続し、それによって当該ステータはひねり強さを有してハウジングに保持されている固定要素と、電気的機械の径方向においてステータの内側に、回転自在にハウジング内に軸受けされているロータと、を有している。

本発明において隙間ばめとは、一つにはハウジングとステータとの間の嵌合であって、二つの部材が等しい公称寸法を有するが、異なる許容誤差範囲を有しており、それによって、ハウジングの内周面の最小内のり寸法は、ステータの外周面の最大外のり寸法よりも常に大きい。しかしながら、本発明においては、ハウジングとステータとの間の嵌合であって、ハウジングの内周面がステータの外周面よりも大きな公称寸法を有している嵌合も隙間ばめに該当する。

本発明によって、ハウジングの内周面とステータの外周面との間に隙間ばめが設けられることにより、ステータはハウジングを加熱することなく、当該ハウジング内に取り付けられ、かつ、当該ハウジングから取り外され得る。これによって、ステータとハウジングとの取り付けおよび取り外しが簡易化されるとともに、より迅速に実施可能となる。また電気的機械の停止時に、ハウジングは引っ張り力を及ぼされない。さらにステータ、特に当該ステータのプレートは径方向に圧力を及ぼされないので、電気的機械の軸方向においてステータが変形することが避けられる。

本発明によって設けられている少なくとも一つの固定要素によって、ステータは当該ステータの位置において形状接続的にハウジングに対して固定されており、それによってハウジング内のステータの位置は、当該ステータの初期位置に対して作動条件によって変化し得ない。

電気的機械は好ましくは、回転式に作動する電気モータまたは回転式に作動する発電機として形成されている。

本発明の実施の形態によれば、個々の固定要素は径方向において、当該固定要素が、ハウジングとステータとの間の、隙間ばめによって確定された空間に対して架橋を行うように延在している。

本発明の、このような構成において、固定要素はある意味で当該固定要素の一方の側において、ハウジングとステータの一方と径方向に係合し、当該固定要素は当該固定要素の他方の側において、ハウジングとステータの他方と定置式に接続されている。

このように固定要素は、例えばステータの外周面に合わせて形成された径方向突起部であってもよい。当該径方向突起部は、ハウジングの内周面においてハウジングの軸方向に設けられている溝に係合する。これによってステータは、ひねりに対して確実に(すなわちひねり強さを有して)固定されるであろう。軸方向におけるステータのずれは、例えば溝を軸方向に被覆するエンド・プレートまたは同様に作用するカバーリングによって防止されるであろう。

当然ながら、本発明によって固定要素は、ステータおよびハウジングと別個に形成されていてもよく、ステータおよびハウジングとそれぞれ形状接続的に接続もしくは結合されていてもよい。その場合、個々の固定要素はハウジングを介するとともにステータを介して延在するのが好ましい。

こうして簡単かつ確実な方法で、ハウジングとステータとの間に、迅速に形成可能かつ迅速に解除可能な形状接続的な接続が提供される。

本発明のさらなる実施の形態によれば、多数の固定要素が設けられており、当該固定要素は電気的機械の周方向において、互いに周方向の距離を有して設けられている。

複数の固定要素を周方向に配分することによって、ステータからハウジングへ導入される保持力は良好に分配され得、それによって接続箇所ごとの材料に対する負荷は軽減されるか、もしくは比較的小さくなる。これによって個々の接続箇所、もしくは、ハウジング壁および固定要素は比較的薄い寸法で実施され得、それによって重量とコストが節約される。

本発明のさらなる実施の形態によれば、固定要素は電気的機械の周方向に延在する共通の円周線に沿って設けられている。このとき、円周線は電気的機械の軸方向中心にあるのが好ましい。

固定要素を軸方向中心に設けることによって、当該固定要素は軸方向において最小限の膨張にしか曝されない。それは、膨張が概ね軸方向中心の左右で生じ、それによって固定要素はある意味で中立的な領域にあるという理由による。

本発明のさらなる実施の形態によれば、ハウジング内の個々の固定要素に対して、ハウジングの外周面から当該ハウジングの内周面に向かって延在する貫通開口部と、当該貫通開口部に対して一直線になるように、ステータの外周面にネジ開口部が設けられており、個々の固定要素はネジによって形成されており、当該ネジは貫通開口部を貫通して挿入されるとともに、ネジ開口部内にネジ込まれている。

固定要素をネジとして形成することによって、ステータをハウジング内に取り付けること、もしくはハウジングから取り外すことは、標準的な器具を用いて、特に簡単かつ迅速に実現される。ネジの頭部は、好ましくは、ハウジング内の皿穴(貫通開口部)に収容されているので、ネジは電気的機械の外面を妨げない。

結論として本発明では、ステータの外周面とハウジングの内周面との間に隙間ばめが設けられており、それによって、当該ステータとハウジングとの結合は容易に実現される。隙間ばめによって、機械の停止時に、構成部材には応力がかからなくなる。本発明の実施の形態によれば、ステータとハウジングは径方向にネジによって固定されている。当該固定は、ステータの初期位置を固定する。機械の出力上昇時と出力低下時において、膨張は初期位置に影響を及ぼさない。運転中にハウジングは、場合によって生じる高い内圧に加えて、わずかな引張応力しか受けない。ステータの故障時に、当該ステータは多大な手間をかけずに交換され得る。

以下に、好適な実施の形態に基づくとともに、添付の図面を参照しながら、本発明をより詳しく説明する。

本発明の実施の形態による電気的機械のステータの側面を概略的に示す図である。本発明の実施の形態による電気的機械のハウジングの側面を概略的に示す図である。本発明の実施の形態による電気的機械の側面を概略的に示す図である。

図１から図３に示されているように、本発明の実施の形態によれば、電気的機械１は内周面１１を有するハウジング１０と、当該ハウジング１０内に装入されている(図３参照)ステータ２０であって、それにより当該ステータ２０の外周面１２がハウジング１０の内周面１１に対向しているステータと、電気的機械１の径方向ＲＲにおいてハウジング１０内のステータ２０の内側に回転自在に軸受けされているロータ４０とを有している。

電気的機械１は、回転式に作動する電気モータもしくは回転式に作動する発電機として形成されている。

ハウジング１０の内周面１１とステータ２０の外周面１２との間には、隙間ばめが形成されており、それによってステータ２０は、電気的機械１の取り付けおよび取り外しの際に、容易かつ迅速にハウジング１０内に挿入可能かつ当該ハウジングから引き出し可能である。

さらに隙間ばめによって、ステータ２０がハウジング１０によって径方向外側から圧力を加えられることが避けられる。これによって、ステータ２０の層状に設けられているプレート(詳細に示されていない)の湾曲が回避される。

さらに隙間ばめは、ステータ２０に対して、当該ステータの加熱を生じさせる運転モードにおいて、径方向の膨張空間を十分に提供するので、ハウジング１０に対して熱膨張に基づく引張応力が加えられることは避けられる。

結論として、ハウジング１０は、当該ハウジングの壁厚Ｓにかかる引っ張り応力が比較的小さいことにより、従来技術による構成に比べて著しく薄く、それによって容易かつ廉価に実施され得る。

電気的機械１はネジの形をした多数の固定要素３０を有している。個々の固定要素３０に対してハウジング１０内に、当該ハウジング１０の外周面１２から当該ハウジングの内周面１１に向かって延在する皿穴としての貫通開口部１３と、当該貫通開口部１３に対して(取り付けられた状態において)一直線に並んで、ステータ２０の外周面１２に、ネジ開口部２２が(図１から図３の側面図においてネジ開口部２２はそれぞれ一つだけ示されている)ネジ穴として設けられている。

固定要素３０は当該固定要素の個々のネジ軸(図に示されていない)によって、個々の貫通開口部１３を貫通して装入されており、当該固定要素の個々のネジ頭部３１によって個々の貫通開口部１３の皿穴内に形成されている段部に載置されており、個々の固定要素３０のネジ軸は、ステータ２０内の対応する個々のネジ開口部２２内に、ねじ込まれている。

換言すれば、個々の固定要素３０は、隙間ばめによって確定されているハウジング１０とステータ２０の間の間隙ＺＷに架橋を行うように、径方向ＲＲに延在しており、個々の固定要素３０は、ハウジング１０を介するとともにステータ２０を介して延在する。

個々の固定要素３０は、このような方法で、ステータ２０を形状接続的にハウジング１０に接続するので、ステータ２０は、ねじり強さを有するとともに、軸方向のずれに抗するようにハウジング１０に留められている。固定要素３０は、好ましくは、十分な締め付けトルクを有して固定されており、それによって、固定要素は、たとえ熱に基づくステータ２０の膨張があっても、締め付け固定されたままである。

このように本発明によって設けられた固定要素３０によって、ステータ２０は標準工具を用いて、容易かつ迅速にハウジング１０内に固定され、かつ、ハウジングから再び取り外され、もしくは解除される。

図１から図３に示されているように、固定要素３０は電気的機械１の周方向ＵＲにおいて、互いに周方向の距離(本図の場合は例えば９０°)を有するとともに、電気的機械１の周方向ＵＲに延在する共通の円周線に沿って設けられており、このとき当該円周線は電気的機械１の軸方向中心に設けられている。

固定要素３０を軸方向中心に設けることにより、当該固定要素は電気的機械１の軸方向ＡＲにおいて最小限の膨張にしか曝されない。その理由は、当該膨張が概ね軸方向中心の左右で生じ、したがって固定要素３０は、ある意味で、中立的な領域にある、というものである。

１電気的機械
１０ハウジング
１１内周面
１２外周面
１３貫通開口部
２０ステータ
２１外周面
２２ネジ開口部
３０固定要素
３１ネジ頭部
４０ロータ
Ｓ壁厚
ＺＷ間隙
ＲＲ径方向
ＡＲ軸方向
ＵＲ周方向

Claims

電気的機械(１)であって、
内周面(１１)を有するハウジング(１０)と、
当該ハウジング(１０)に装入されているステータ(２０)であって、それによって当該ステータ(２０)の外周面(２１)が前記ハウジング(１０)の内周面(１１)に対向し、前記ハウジング(１０)の前記内周面(１１)と前記ステータ(２０)の前記外周面(２１)との間に隙間ばめが形成されているステータと、
少なくとも一つの固定要素(３０)であって、個々の固定要素(３０)が前記ステータ(２０)を形状接続的に前記ハウジング(１０)に接続し、それによって前記ステータ(２０)は、ひねり強さを有して前記ハウジング(１０)に留められている固定要素と、
前記電気的機械(１)の径方向(ＲＲ)において、前記ステータ(２０)の内側に、回転自在に前記ハウジング(１０)内に軸受けされているロータ(４０)と、を有していることを特徴とする電気的機械。
個々の固定要素(３０)は、径方向(ＲＲ)において、当該固定要素が、前記ハウジング(１０)と前記ステータ(２０)との間の、前記隙間ばめによって確定された間隙(ＺＷ)に対して架橋を行うように延在していることを特徴とする請求項１に記載の電気的機械(１)。
個々の固定要素(３０)は、前記ハウジング(１０)を介するとともに前記ステータ(２０)を介して延在していることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の電気的機械(１)。
多数の固定要素(３０)が設けられており、当該固定要素(３０)は前記電気的機械(１)の周方向(ＵＲ)において、互いに周方向の距離を有して設けられていることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の電気的機械(１)。
前記固定要素(３０)は、前記電気的機械(１)の周方向(ＵＲ)に延在する共通の円周線に沿って設けられていることを特徴とする請求項４に記載の電気的機械(１)。
前記円周線は前記電気的機械(１)の軸方向中心にあることを特徴とする請求項４または請求項５に記載の電気的機械(１)。
請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の電気的機械(１)であって、
前記ハウジング(１０)内の個々の固定要素(３０)に対して、前記ハウジング(１０)の外周面(１２)から当該ハウジングの内周面(１１)に向かって延在する貫通開口部(１３)と、当該貫通開口部(１３)に対して一直線になるように、前記ステータ(２０)の前記外周面(２１)にネジ開口部(２２)が設けられており、個々の固定要素(３０)はネジによって形成されており、当該ネジは前記貫通開口部(１３)を貫通して挿入されているとともに、前記ネジ開口部(２２)内にネジ込まれていることを特徴とする電気的機械。