WO2016041554A1 - Geblechter stator für axialmagnetlager - Google Patents

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    • H02K2213/03—Machines characterised by numerical values, ranges, mathematical expressions or similar information

Definitions

  • Active Axiaimagnetlager consist of two stators, which as annular
  • Electromagnets are executed Between the electromagnets, a disc of soft magnetic material is arranged, which is fixedly connected to the shaft axially to be stored. Both electromagnets close with the disk one each
  • the disk By suitable control of the electromagnets, the disk can be held at a defined axial position between the electromagnets. In this way, the shaft can be axially supported without contact.
  • the stators usually consisted of a stator core of soft magnetic solid material. in the groove an annular coil is introduced.
  • a disadvantage of this massive design is that when field changes
  • Axiaimagnetlager can also be taken from the prior art.
  • DE 891 03 756 T2 shows a magnetic thrust bearing whose stator and
  • Rotor components have a laminated construction.
  • the Lammellenbleche are curved such that their tips lie in a common cylindrical plane. Adjacent side edges of the lamellar plates are also in
  • WO 2012/136452 A1 describes a thrust bearing device with an annular electric sheet arrangement : in which the individual sheets protrude radially outward.
  • the electrical sheet assembly comprises at least two concentric electrical steel rings All adjacent electrical sheets of each electric sheet ring abut each other on the inner circumference of the respective electric sheet metal ring, resulting in an increased iron filling. By using multiple electrical steel rings increases the manufacturing and assembly costs.
  • the object of the present invention is to provide a laminated stator, in particular for an axial magnetic bearing, which has a high iron filling factor and at the same time is easy to manufacture and assemble. Furthermore, it is intended to provide an axial magnetic bearing with improved efficiency.
  • a stator according to the appended claim 1 is initially used.
  • the stator according to the invention comprises an annular electric sheet arrangement with a plurality of electric sheets stacked in the circumferential direction. Is essential to the invention. that the electric sheets a
  • Adjacent electrical sheets are at least partially adjacent to each other.
  • the electric sheets can be stacked more densely, whereby the unusable air space between the electric sheets is reduced.
  • a reduction of the unusable air space is accompanied by an increase of the iron filling factor.
  • Iron fill factor in turn has a positive influence on the tensile force of an axial bearing equipped with such a stator, since the proportion of iron material at the air gap between disc and stator directly into the load capacity of the
  • Electrical sheets are provided, which in the circumferential direction to
  • Connecting means can not easily solve each other
  • the electrical steel sheets have a uniform profiling.
  • a profiling has proven with a sawtooth-shaped cross-section.
  • other profiles for example with wavy, in particular sine wave, or trapezoidal
  • the profiling should be chosen so that the smallest possible, unusable air space between the juxtaposed electrical sheets is formed
  • the filler is in a final assembly step tn the Siechb driven Mitteis filler can
  • the filler can be dispensed with.
  • the recess required to pass through the leads would be drilled directly into the stator.
  • the electrical sheets are preferably provided with an insulating layer. Due to the insulating layer occurring eddy currents are minimized compared to the eddy currents occurring in stators made of solid material In an advantageous ⁇ us exitsform the Elektrobieche grooves
  • the axial magnetic bearing according to the invention comprises the described stator and at least one annular coil, which is introduced into the electrical sheet arrangement of the stator for generating a magnetic field in the electric sheet assembly.
  • the cavities between the electrical sheets are preferably with a
  • Potting compound filled The use of a potting compound with ferromagnetic properties has proved to be particularly advantageous. This preserves the increased ferromagnetic effect due to the increased iron filling factor.
  • the potting compound also serves to electrically insulate the coil in the stator.
  • Fig. 1 is a perspective view of a portion of an inventive
  • FIG. 3 is a partial view of a profile with a wave-shaped cross section
  • Fig. 5 shows two perspective views of a portion of the stator with mounted
  • Fig. 8 shows two views of the stator according to the invention. Detailed description of the drawing
  • FIG. 1 shows a perspective view of a partial stucco of a stator 01 according to the invention.
  • Stator 01 is to be used in particular for axial magnetic bearings. It consists of a plurality of in the circumferential direction juxtaposed electric plates 02.
  • the electric plates 02 are each provided with a similar Profii réelle 03.
  • the juxtaposed electric plates 02 have circumferential grooves 04 for receiving at least one annular coil (not shown).
  • Adjacent electrical sheets 02 rest against each other at least in sections.
  • Oie Profiitechnik 03 should be chosen so that adjacent electric plates 02 abut each other in as many places in this way, the unusable air space between the electric plates 02 can be minimized and thereby the Etsenfuil composition be increased.
  • Fig. 2 shows a perspective view of an electric sheet 02.
  • the electric sheet 02 has a Profii ist 03 with a
  • Exemplary embodiment is the angle ⁇ ⁇ 30 °.
  • the stack height corresponds to the actual sheet thickness s p.
  • the stack height at the stator inner diameter would thus also be 0.35 mm.
  • the stack height is shown
  • a so-called Fulikos 05 can be driven into the stator lamination stack in a final assembly step.
  • FIG. 4 shows two perspective views of such a filler 05. The illustrations can be seen that the Fuli scholar 05 also a
  • Fig. 5 shows two perspective views of a portion of the stator 01 with mounted Fuli Republic 05
  • the filler 05 is according to a preferred
  • Embodiment of solid material is preferably made by a cutting process
  • the filler 05 can also be produced by selective laser sintering.
  • the filler 05 has an externally accessible
  • the filler 05 can also be dispensed with. In this case, the recesses needed to pass the leads would be drilled directly into the stator 01
  • FIG. 6 shows two different views of the stator 01 according to the invention. At the top, the side of the stator 01 facing the rotor is shown, while at the bottom, the

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Stator (01) umfassend eine ringförmige Elektroblechanordnung mit einer Vielzahl von in Umfangsrichtung aneinander gereihter Elektrobleche (02). Erfindungswesentlich ist, dass die Elektrobleche (02) eine gleichmäßige Profilierung aufweisen, wobei angrenzende Elektrobleche (02) zumindest abschnittsweise aneinander anliegen, wobei die Profilierung (03) am Stator-Innendurchmesser eine reale Blechstärke und am Stator-Außendurchmesser eine projizierte Blechstärke aufweist, wobei die projizierte Blechstärke größer als die reale Blechstärke ist, und wobei die projizierte Blechstärke abhängig von einem Winkel (a) ist, wobei der Winkel a einen Teilungswinkel eines aus einem Elektroblech bestehenden Statorsegments bestimmt. Des Weiteren betrifft die Erfindung auch ein Axialmagnetlager umfassend einen derartigen Stator (01) sowie mindestens eine ringförmige Spule, welche in die Elektroblechanordnung des Stators (01) zum Erzeugen eines Magnetfeldes in der Elektroblechanordnung eingebracht ist.

Description

Gebfechter Stator für Axialmagnetlager
Gebiet der Erfindung Die vorliegende Erfindung betrifft einen Stator insbesondere für ein Axiaimagnetlager
Hintergrund der Erfindung
Aktive Axiaimagnetlager bestehen aus zwei Statoren, welche als ringförmige
Elektromagnete ausgeführt sind Zwischen den Elektromagneten ist eine Scheibe aus weichmagnetischem Material angeordnet, die fest mit der axial zu lagernden Welle verbunden ist. Beide Elektromagnete schließen mit der Scheibe je einen
magnetischen Kreis, Ober welchen eine Kraft auf die Scheibe aufgebracht wird Durch geeignete Ansteuerung der Elektromagnete lässt sich die Scheibe an einer definierten axialen Position zwischen den Elektromagneten halten. Auf diese Weise kann die Welle berührungslos axial gelagert werden.
In der Vergangenheit bestanden die Statoren in der Regel aus einem Statorkern aus weichmagnetischem Vollmaterial. in dessen Nut eine ringförmige Spule eingebracht ist. Ein Nachteil dieser massiven Bauweise ist, dass bei Feldänderungen
Wirbelströme im Statorkern entstehen, die infolge ihres erzeugten Gegenfeldes die Feldänderung verzögern. Dies erschwert insbesondere bei dynamischen Lasten die Regelbarkeit des Axialmagnetlagers. Zur Beseitigung dieser nachteiligen Wirkung ist es bekannt, den Eisenkern bei Elektromotoren geblecht auszuführen, um hierdurch die Wirbelströme zu reduzieren. Die Verwendung geblechter Statoren für
Axiaimagnetlager kann gleichfalls dem Stand der Technik entnommen werden. Die DE 891 03 756 T2 zeigt ein magnetisches Drucklager dessen Stator- und
Rotorkomponenten eine laminierte Konstruktion aufweisen. Die Lammellenbleche sind derart gekrümmt, dass ihre Spitzen in einer gemeinsamen zylindrischen Ebene liegen. Aneinander stoßende Seitenrander der Lamellenbleche liegen ebenso in
gemeinsamen Ebenen, die senkrecht zur Achse der Rotation artgeordnet sind. Durch Krümmung der Spitzen der Lamellenbleche kann der Spait zwischen nebeneinander liegenden Lamellenblechen vermindert werden. Die WO 2012/136452 A1 beschreibt eine Axiallagervorrichtung mit einer ringförmigen Elektroblechanordnung: bei der die einzelnen Bleche radial nach außen ragen.
Innerhalb der Elektroblechanordnung befindet sich eine Spule zum Erzeugen eines Magnetfelds in der Elektroblechanordnung. Die Elektroblechanordnung umfasst mindestens zwei konzentrische Elektroblechringe Alle benachbarten Elektrobleche jedes Efektroblechrings stoßen am Innenumfang des jeweiligen Elektroblechrings aneinander, wodurch sich eine erhöhte Eisenfüllung ergibt. Durch die Verwendung mehrere Elektroblechringe erhöht sich der Herstellungs- bzw. Montageaufwand.
Zusammenfassung der Erfindung Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin einen geblechten Stator insbesondere für ein Axialmagnetlager zur Verfügung zu stellen, welcher einen hohen Eisenfüllfaktor aufweist und gleichzeitig aufwandsarm zu fertigen und zu montieren ist. Des Weiteren soll ein Axialmagnetlager mit einem verbesserten Wirkungsgrad zur Verfügung gestellt werden.
Zur Lösung der erfindungsgemäßen Aufgabe dient zunächst ein Stator gemäß dem beigefugten Anspruch 1 Der erfindungsgemäße Stator umfasst eine ringförmige Elektroblechanordnung mit einer Vielzahi von in Umfangsrichtung aneinander gereihter Elektrobleche. Erfindungswesentlich ist. dass die Elektrobleche eine
Profilierung aufweisen. Angrenzende Elektrobleche liegen zumindest abschnittsweise aneinander.
Durch die erfindungsgemäße Verwendung von profilierten Elektroblechen können die Elektrobleche dichter gestapelt werden, wodurch sich der nicht nutzbare Luftraum zwischen den Elektroblechen verringert Eine Verringerung des nicht nutzbaren Luftraums geht einher mit einer Erhöhung des Eisenfüllfaktors. Etn erhöhter
Eisenfüllfaktor hat wiederum einen positiven Emfluss auf die Zugkraft eines mit einem derartigen Stator ausgestatteten Axiaimagnetlagers, da der Anteil an Eisenmaterial am Luftspalt zwischen Scheibe und Stator direkt in die Tragkraft des
Axialmagnetlagers eingeht.
Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung ist darin zu sehen, dass sie eine verhältnismäßig aufwandsarme Fertigung und Montage ermöglicht Zur Fertigung des Stators muss lediglich eine entsprechende Anzahl gleichartiger profilierter
Elektrobleche zur Verfügung gestellt werden, welche in Umfangsrichtung zur
Ausbildung eines ringförmigen Stators aneinander gereiht werden. Beim
Aneinanderreihen greifen die Profile benachbarter Elektrobleche zumindest abschnittsweise ineinander ein. wodurch sie sich auch ohne zusätzliche
Verbindungsmittel nicht ohne weiteres voneinander lösen können
Erfindungsgemäß weisen die Elektrobleche eine gleichmäßige Profilierung auf. Als zweckmäßig hat sich eine Profilierung mit einem sägezahnförmigen Querschnitt erwiesen. Alternativ sind natürlich auch andere Profilierungen, beispielsweise mit wellenförmigem, insbesondere sinuswellenförmigem, oder trapezförmigem
Querschnitt möglich. Die Profilierung sollte so gewählt werden, dass ein möglichst geringer, nicht nutzbarer Luftraum zwischen den aneinandergereihten Elektroblechen entsteht
Als vorteilhaft hat sich die Verwendung eines in die Elektroblechanordnung
eingebrachten Füllstücks mit einer von außen zugänglichen Ausnehmung zum
Durchführen von Anschlussleitungen erwiesen. Das Füllstück wird in einem letzten Montageschritt tn das Siechpaket getrieben Mitteis Füllstück können die
Anschlussleitungen aufwandsarm aus dem Stator hinausgeführt werden. Bei alternativen Ausführungsformen kann auf das Füllstück verzichtet werden. In diesem Fall würde die zum Durchführen der Anschlussleitungen benötigte Ausnehmung direkt in den Stator gebohrt, werden. Die Elektrobleche sind vorzugsweise mit einer Isolierschicht versehen. Aufgrund der Isolierschicht werden auftretende Wirbelströme im Vergleich zu den bei Statoren aus Vollmaterial auftretenden Wirbelströmen minimiert Bei einer vorteilhaften Äusführungsform weisen die Elektrobieche Nuten zur
Aufnahme mindestens einer ringförmigen Spule auf.
Zur Lösung der erfindungsgemäßen Aufgabe dient weiterhin ein Axialmagnetlager gemäß dem beigefügten Anspruch 6. Das erfindungsgemäße Axialmagnetlager umfasst den beschriebenen Stator sowie mindestens eine ringförmige Spule, welche in die Elektroblechanordnung des Stators zum Erzeugen eines Magnetfeldes in der Elektroblechanordnung eingebracht ist. Die Hohlräume zwischen den Elektroblechen sind vorzugsweise mit einer
Vergussmasse gefüllt. Als besonders vorteilhaft hat sich die Verwendung einer Vergussmasse mit ferromagnetischen Eigenschaften erwiesen. Hierdurch bleibt der aufgrund des erhöhten Eisenfüllfaktors vergrößerte ferromagnetische Effekt erhalten. Mittels Vergussmasse werden die einzelnen Elektrobieche untereinander stabilisiert, wodurch auch einer möglichen Geräuschentwicklung aufgrund Vibrationen der einzelnen Elektrobieche vorgebeugt wird. Die Vergussmasse dient auch zur elektrischen Isolation der Spule im Stator.
Kurze Beschreibung der Zeichnung
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand der beigefügten Figuren näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine perspektivische Ansicht eines Teilstücks eines erfindungsgemäßen
Stators:
Fig. 2 eine perspektivische Ansicht eines Elektroblechs:
Fig. 3 eine Teilansicht eines Profils mit wellenförmigem Querschnitt;
Fig. 4 zwei perspektivische Ansichten eines Füllstucks:
Fig. 5 zwei perspektivische Ansichten eines Teilstücks des Stators mit montiertem
Füllstuck;
Fig. 8 zwei Ansichten des erfindungsgemäßen Stators. Ausführliche Beschreibung der Zeichnung
Fig. 1 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Teilstucks eines erfindungsgemäßen Stators 01 , Der Stator 01 soll insbesondere bei Axialmagnetlagern zum Einsatz kommen. Er besteht aus einer Vielzahl von in Umfangsrichtung aneinander gereihter Elektrobleche 02. Die Elektrobleche 02 sind jeweils mit einer gleichartigen Profiiierung 03 versehen. Die aneinandergereihten Elektrobleche 02 weisen umlaufende Nuten 04 zur Aufnahme von mindestens einer Ringspule (nicht dargestellt) auf. Angrenzende Elektrobleche 02 liegen zumindest abschnittsweise aneinander an. Oie Profiiierung 03 soll so gewählt werden, dass angrenzende Elektrobleche 02 an möglichst vielen Stellen aneinander anliegen Auf diese Weise kann der nicht nutzbare Luftraum zwischen den Elektroblechen 02 minimiert werden und hierdurch der Etsenfuilfaktor erhöht werden.
Fig. 2 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Elektroblechs 02. In der gezeigten Ausführungsform besitzt das Elektroblech 02 eine Profiiierung 03 mit einem
wellenförmigen Querschnitt. Eine definierte Anzahl aneinander gereihter Elektrobleche 02 ergibt einen Vollkreis. Über den Winkel α (siehe Fig. 3) des Wellenprofils kann der Stator-Außendurchmesser beeinflusst werden. Es gilt:
Stator-Außendurchmesser - Umfang aus Sp * Anzahl der Elektrobleche
Stator-Innendurchmesser ~ Umfang aus Sr * Anzahl der Elektrobleche mit sr ~ reale Blechstärke und Sp - projizierte Blechstärke
Durch Anpassung des Winkels α kann dte projizierte Blechstärke variiert werden. Hierdurch ändert sich auch der spezifische Teilungswinkel des aus einem
Elektroblech 02 bestehenden Statorsegments Bei dem in Fig. 3 gezeigten
Ausfuhrungsbeispiel ist der Winkel α ~ 30°. Am Stator-Innendurchmesser entspricht die Stapelhöhe der realen Blechstärke sp Bei einer realen Blechstärke s, von 0,35 mm wurde die Stapelhöhe am Stator-Innendurchmesser somit ebenfalls 0.35 mm betragen. Am Stator-Außendurchmesser beträgt die Stapelhöhe im gezeigten
Ausfuhrungsbeispiel bedingt durch die Umformung (Wellenprofil) 0.7 mm Dieser Wert wird projizierte Blechstärke sP genannt Durch das Paketieren einer Vielzahl von Etektroblechen 02 ~ im gezeigten Ausführungsbeispiel werden etwa 2100 Etektrobleche 02 benötigt - ergibt sich ein Kreisring. Die Elektrobleche 02 sind mit einer Isolierschicht versehen, wodurch im Betrieb des Stators 01 auftretende Wirbelströme minimiert werden können.
Nachdem die einzelnen Elektrobleche 02 zur Herstellung des Statorblechpakets paketiert wurden, kann in einem letzten Montageschritt ein sogenanntes Fulistück 05 in das Statorblechpaket getrieben werden.
Fig. 4 zeigt zwei perspektivische Ansichten eines derartigen Füllstücks 05. Den Darstellungen kann entnommen werden, dass das Fulistück 05 ebenfalls eine
Profilierung 03 und Nuten 04 aufweist.
Fig. 5 zeigt zwei perspektivische Ansichten eines Teilstücks des Stators 01 mit montiertem Fulistück 05 Das Füllstück 05 besteht nach einer bevorzugten
Ausführungsform aus Vollmaterial und wird vorzugsweise durch einen spanenden Prozess gefertigt Je nach Losgröße kann das Füllstück 05 auch durch selektives Lasersintern hergestellt werden. Alternativ ist auch ein Fulistück aus mehreren
Einzelblechen möglich. Das Füllstück 05 weist eine von außen zugängliche
Ausnehmung 07 zum Durchführen von Anschlussleitungen zur Versorgung der in der Nui 04 befindlichen Ringspule auf Bei abgewandelten Ausführungsformen kann auf das Füllstück 05 auch verzichtet werden. In diesem Fall würden die zum Durchführen der Anschlussleitungen benötigten Ausnehmungen direkt in den Stator 01 gebohrt werden
Fig 6 zeigt zwei verschiedene Ansichten des erfindungsgemäßen Stators 01. Oben ist die dem Rotor zugewandte Seite des Stators 01 dargestellt, während unten die
Anschlussseite gezeigt ist. Bezugszeichenliste
01 Stator
02 Elektrobleche
03 Profilierung
04 Nut
05 Füllstück
06
07 Ausnehmung α Winkel des Weilenprofils
sr reale Blechstärke
sp projizierte Blechstärke

Claims

Patentansprüche
Stator (01) umfassend eine ringförmige Elektroblechanordnung mit einer Vielzahl von in Umfangsrichtung aneinander gereihter Elektrobleche (02). wobei die Elektrobleche (02) eine gleichmäßige Profilierung (03) aufweisen, wobei angrenzende Elektrobleche (02) zumindest abschnittsweise aneinander anliegen,
dadurch gekennzeichnet, dass die Profilierung (03) am Stator- Innendurchmesser eine reale Blechstärke (Sr) und am Stator-Außendurchmesser eine projizierte ßlechstärke (SP) aufweist,
dass die projizierte Blechstärke (SP) größer als die reale Blechstarke (Sr) ist, und dass die projizierte Blechstärke (Sp) abhängig von einem Winkel (a alpha) ist, wobei der Winkel (et alpha) einen Teilungswinkel eines aus einem
Elektrobiech bestehenden Statorsegments bestimmt.
Stator (01 ) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrobleche (02) eine Profilierung (03) mit einem wellenförmigen, sagezahnförmigen oder trapezförmigen Querschnitt aufweisen.
Stator (01) nach Anspruch 1 oder 2. dadurch gekennzeichnet, dass er ein in die Elektroblechanordnung eingebrachtes Fulistück (05) aufweist, und dass das Füllstück (05) eine von außen zugängliche Ausnehmung (07) zum Durchführen von Anschlussleitungen aufweist.
Stator (01) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrobleche (02) eine Isolierschicht aufweisen.
Stator (01) nach einem der Ansprüche 1 bis 4. dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrobleche (02) Nuten (04) zur Aufnahme mindestens einer ringförmigen Spule aufweisen Axtalmagnetlager umfassend einen Stator (01 ; nach einem der Ansprüche 1 bis 5 sowie mindestens e;ne ringförmige Spule, weiche in die Elektroblechanordnung des Stators (01) zum Erzeugen eines Magnetfeldes in der Elektroblechanordnung eingebracht ist Axtalmagnetlager nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Hohlräume zwischen den Elektroblechen (02) mit einer Vergussmasse gefüllt sind Axialmagnetlager nach Anspruch 7. dadurch gekennzeichnet dass die Vergussmasse ferromagnetische Eigenschaften hat.
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