DE10358693A1

DE10358693A1 - Elektrische Maschine

Info

Publication number: DE10358693A1
Application number: DE10358693A
Authority: DE
Inventors: Axel Knauff
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2003-12-15
Filing date: 2003-12-15
Publication date: 2005-07-14

Abstract

Elektrische Maschine (1) mit einem Ständer (2) und einem Läufer (3), wobei Ständer (2) und/oder Läufer (3) jeweils geblecht ausgeführt sind und das Blechpaket durch jeweils einen Blechstreifen gebildet wird.

Description

Die Erfindung betrifft eine elektrische Maschine mit einem Ständer und einem Läufer wobei Ständer und/oder Läufer geblecht ausgeführt sind.
Bei elektrischen Maschinen entstehen Wirbelstromverluste. Insbesondere bei hochpoligen Maschine, die mit hoher Drehzahl laufen soll, beschränkten diese Wirbelstromverluste die erreichbare maximale Drehzahl. Wirbelstromverluste als Teil der Eisenverluste in elektrischen Maschine entstehen durch Flussänderungen, z.B. durch die Wechselströme die zeitlich veränderliche magnetisch Flüsse im Eisen hervorrufen, aber auch durch die Leiterbewegung im zeitlich konstanten Magnetfeld. Um diese Verluste zu begrenzen werden elektrische Maschinen hauptsächlich aus dünnen Blechen aufgebaut, deren Ebenen parallel zur magnetischen Induktion verlaufen.
Zur Vermeidung von Wirbelstromverlusten werden insbesondere die Läufer geblecht mit möglichst dünnen Blechen ausgeführt. Die elektrische Leitfähigkeit des Eisens sollte möglichst gering sein. Bei Maschinen mit großen Innendurchmesser wie z.B. Torquemotoren ist der Aufbau insbesondere des Läufers aus gestanztem Blech wirtschaftlich nicht vertretbar. Deshalb werden hier Massivläufer eingesetzt. Diese Massivläufer beschränken aber wiederum erheblich die erreichbaren Maximaldrehzahlen.

Der Erfindung liegt nunmehr die Aufgabe zugrunde, eine elektrische Maschine zu schaffen, die bei geringen Wirbelstromverlusten in wirtschaftlich vertretbaren Aufwand herstellbar ist.

Die Lösung der gestellten Aufgabe gelingt durch eine elektrische Maschine mit einem Ständer und einem Läufer wobei Stän der und/oder Läufer jeweils geblecht ausgeführt sind und das Blechpaket durch jeweils einen Blechstreifen gebildet wird.

Einzelne Blechstreifen bilden jeweils den Ständer oder Läufer. Damit sind sowohl die Wirbelstromverluste reduziert als auch ein wirtschaftlicher Herstellprozess gewährleistet. Es sind keine Stanzpaketierungen notwendig.

Vorteilhafterweise wird ein hochkant aufgewickelter Blechstreifen benutzt, der zumindest abschnittsweise an der Außenseite eine geringere Dicke als z.B. auf der Läuferinnenseite aufweist. Dabei weist der Querschnitt dieses spiralförmigen Blechpakets nunmehr eine Trapezform auf. Diese Trapezform kann durch Walzen des Blechstreifens gezielt geschaffen werden. Durch das Walzen verlängert sich der Blechstreifen auf der Außenkante und biegt sich dadurch in einen vorgebbaren Durchmesser. Durch diesen Umformgrad der Außenkante kann der Durchmesser des Läufers oder Ständers bestimmt werden. Die Umformung der Außenkante führt zu einer Festigkeitssteigerung durch Kaltverfestigung in diesem Bereich.

Dieses Verfahren ist insbesondere auch bei extremen dünnen Blechen anwendbar, so dass nun auch für große Maschinen ein gegen Wirbelströme vorteilhaft dünnes Blech verfügbar ist.

Außerdem bietet dieses Verfahren einen entscheidenden Vorteil gegenüber den Materialkosten der bisherigen Verfahren, da die Materialausnutzung nahezu 100 erreicht.

Die Befestigung der jeweiligen Enden der Blechstreifen kann durch geeignete und an sich bekannte Verbindungsverfahren wie Schweißen oder Kleben an den jeweiligen Endpartien des Blechstreifens erfolgen.

Eine axiale Verfestigung insbesondere des Läufers kann durch Schweißen oder Aufschrumpfen des spiralförmigen Gebildes auf eine Trägerhülse oder Welle erfolgen.

Die Endbereiche der Blechstreifen sind insbesondere bei Läufern mit Permanentmagneten, die durch eine Bandage gehalten sind, derart gestaltet, dass sie die sonst zum Bandagieren notwendigen Endscheiben ersetzen.

Die Erfindung sowie weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung werden anhand eines schematisch dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Darin zeigen:
1 einen schematischen Längsschnitt einer elektrischen Maschine,
2 und 3 einen durch Walzen umgeformten Blechstreifen,
4 einen Querschnitt eines erfindungsgemäßen Läufers,
5 eine Detailansicht des umgeformten Blechstreifens,
6 den Querschnitt eines erfindungsgemäßen Ständers.
1 zeigt eine schematisch dargestellte elektrische Maschine 1 mit einem Ständer 2 und einem Läufer 3, der an einer Welle 4 fixiert ist. Der Ständer 2 befindet sich in einem nicht näher dargestellten Maschinengehäuse 5, das unter anderem Lager- und Lüftungseinrichtungen beinhaltet. Der Läufer 3 ist an seinem radial äußeren Umfang mit Permanentmagneten 7 versehen, die z.B. durch eine Bandage 6 gegen die Fliehkräfte gehalten sind.
2 zeigt in aufgelöster Darstellung das Blechpaket des Läufers 3, der durch einen umgeformten Blechstreifen gebildet ist. Dieser umgeformte Blechstreifen der den Läufer 3 darstellt, kann auf eine Trägerhülse 10 aufgeschrumpft werden. Die Lücken 9 zwischen den einzelnen Windungen des Blechstreifens, lassen sich gegebenenfalls mit geeigneten Materialen z.B. Lack auffüllen.
3 zeigt eine weitere Ausführungsform dieses Blechstreifens, bei der die axialen Abstände der einzelnen Blechumläufe gegenüber der Ausführung von 2 reduziert sind. Auch hier können die Lücken 9 durch Lack gefüllt werden oder auch freigelassen werden.
5 zeigt in einer Detaildarstellung, wie das Blech selbst umgeformt wurde, dabei ist die Schmalseite des Trapezes dem Luftspalt zugewandt, wobei die etwas breitere Seite des Trapezes der Trägerhülse 10 oder der Welle 4 zugewandt ist.
4 zeigt im Querschnitt bei erfindungsgemäßen Läufer 3 bei dem die Permanentmagnete 7 in Umfangsrichtung auf dem Läufer 3 angeordnet sind und durch eine Bandage 6 enthalten sind. Insbesondere an den Stirnseiten des Läufers 3 in den Bereichen 8 muss die Bandage 6 fixiert werden, dies gelingt durch dementsprechende Ausgestaltung des einen Endes des Blechstreifens, z.B. durch Schlitze 12.
6 zeigt in prinzipieller Darstellung einen Querschnitt eines erfindungsgemäßen Ständers 2, der auf der zum Luftspalt gewandten Seite Nuten 11 zeigt, die ebenfalls durch einen Umformprozess gebildet werden können. Dabei ist der Anfang dieses Blechstreifens mit 13 gekennzeichnet. Die Bandage 6 kann gegebenenfalls zwischen den Beginn des Blechstreifens 13 und der ersten Umlauf des Blechstreifens des Läufers 3 eingeklemmt werden.
Die Permanentmagnete 7 müssen nicht notwendigerweise tangential am Läufer 3 angeordnet sein, es sind auch andere Anordnungen, z.B. in Flusskonzentration möglich, um im Luftspalt der elektrischen Maschine eine erhöhte Flussdichte zu erreichen.
Dieser erfindungsgemäß aufgebaute Ständer 2 und/oder Läufer 3 einer elektrischen Maschine 1 sind insbesondere bei Torquemotoren einsetzbar, da bei den dort vorhandenen vergleichsweise großen Innendurchmessern ein Aufbau der Blechpakete wirtschaftlich nicht sinnvoll ist.
Torquemotoren werden insbesondere bei Werkzeugmaschinen oder anderen Produktionsmaschinen eingesetzt

Claims

Elektrische Maschine (1) mit einem Ständer (2) und einem Läufer (3) wobei Ständer (2) und/oder Läufer (3) jeweils geblecht ausgeführt sind und das Blechpaket durch jeweils einen Blechstreifen gebildet werden.
Elektrische Maschine (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Blechstreifen hochkant aufgewickelt wird und somit Ständer (2) und/oder Läufer (3) spiralförmig bildet.
Elektrische Maschine (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Enden der Blechstreifen geeignet geformt sind um eine Bandage (6) aufnehmen zu können.
Elektrische Maschine (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Läufer (3) insbesondere am Außenumfang mit Permanentmagneten (7) bestückbar ist.
Elektrische Maschine (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass um die Permanentmagnete (7) eine Bandage (6) verläuft, die an den Enden durch den Blechstreifen fixierbar sind.
Elektrische Maschine (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Blechstreifen im wesentlichen axialen verlaufende Nuten (11) aufweist.
Verfahren zur Herstellung eines Ständers (2) und/oder Läufers (3) aus jeweils einem Blechstreifen, dadurch gekennzeichnet, dass der Blechstreifen durch Walzen vor dem Aufwickeln in eine Trapezform gebracht wird, so dass sich am radial äußeren Rand des Blechstreifens eine gegenüber weiter innen dünnere Außenkante ergibt.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass durch den Umformungsgrad der Außenkante des Blechsteifens der Durchmesser des Ständer- oder Läuferblechs bestimmt werden kann.