DE102009025929A1 - Läuferaufbau für eine permanentmagneterregte, rotierende elektrische Maschine - Google Patents
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Abstract
Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, einen Läuferaufbau für permanentmagneterregte, rotierende elektrische Maschinen zu schaffen, der die Vorteile einer guten Kühlung, einer mechanisch stabilen Lagerung der Permanentmagnete und eine Minimierung der Wirbelstromverluste vereint. Am Außenumfang des Läufers sind Elektroblechpakete (6) mit dazwischenliegenden Permanentmagneten (7) angeordnet. Auf der Welle (1) des Läufers sind zwei beabstandete Lager (8) vorgesehen, die jeweils eine innere Teilbuchse (2a) mit Lüfterschaufeln (3) tragen und die Lüfterschaufeln (3) reichen bis zu einer äußeren Buchse (4), wobei die inneren Teilbuchsen (2a), die Lüfterschaufeln (3) und die äußere Buchse (4) als tragender Läufergrundkörper ausgebildet ist und die äußere Buchse (4) Nuten (5) am Außenumfang in Längsrichtung für die Aufnahme von im Fußbereich komplementär aufgebauten, einzelnen Elektroblechpaketen (6) besitzt und zwischen den Elektroblechpaketen (6) Permanentmagnete (7) angeordnet sind und zwischen der Welle (1) im Bereich zwischen den Lagern (8) und der äußeren Buchse (4) eine Kupplung (9) vorgesehen ist. Das Anwendungsgebiet der Erfindung ist der Elektromaschinenbau.
Description
- Läuferaufbau für eine permanentmagneterregte, rotierende elektrische Maschine, bei der am Außenumfang des Läufers Elektroblechpakete mit dazwischenliegenden Permanentmagneten angeordnet sind, insbesondere für Generatoren von Windkraftanlagen, Wasserkraftanlagen und Block-Heiz-Kraft-Werke.
- Stand der Technik bei permanentmagneterregten Elektromaschinen ist durch eine Vielzahl von Anmeldungen charakterisiert. So wird z. B. in der
DE 60204878 T2 ein Läufer beschrieben, der ähnlich wie ein Speichenrad eines Fahrrades aufgebaut ist. Von einer Nabe verlaufen Speichen zu einem äußeren Ring, der die Permanentmagnete trägt. - In der
DE 198 46 924 A1 sind in an sich bekannte gestanzte einteilige Blechronden oder Blechstreifen mit Nuten und Zähnen zum Rücken hin, Innennuten angeordnet. Die Zahl und Lage der Innennuten ist den Nuten für die Aufnahme der Permanentmagnete angepasst. Zwischen den Innennuten und Nuten ist ein schmaler, entfernbarer Steg angeordnet. Das Blechpaket ist geschichtet und mit nichtferromagnetischem Material verfestigt. In vorzugsweise halboffenen Nuten sind Permanentmagnete eingelegt und verfestigt. Im Inneren der gebleckten Zähne im unteren Bereich zum Nutgrund hin sind Öffnungen vorzugsweise für die Kühlung angeordnet. - In der
DE 60118515 T2 sind ebenfalls Permanentmagnete zwischen Blechpaketen angeordnet. An der Außenseite der Permanentmagnete umfassen die Blechpakete die Permanentmagnete teilweise und halten diese somit in einer stabilen Lage. Gleichzeitig wird die Möglichkeit einer Entmagnetisierung der Permanentmagnete verhindert, da diese zur Oberfläche des Läufers zurückgesetzt sind. - Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, einen Läuferaufbau für permanentmagneterregte, rotierende elektrische Maschinen zu schaffen, der die Vorteile einer guten Kühlung, einer mechanisch stabilen Lagerung der Permanentmagnete und eine Minimierung der Wirbelstromverluste vereint.
- Der erfindungsgemäße Läuferaufbau garantiert eine Verhinderung der Entmagnetisierung der Permanentmagnete bei gleichzeitiger Erhöhung der Kurzschlussfestigkeit der Maschine. Wirbelstromverluste im Läufergrundkörper sind je nach Ausführungsvariante minimiert oder gänzlich beseitigt.
- Die mit den erfindungsgemäßen Merkmalen erreichbare gute Luftkühlung kann durch eine externe Belüftungsanlage außerhalb der elektrischen Maschine gekoppelt werden, um somit im unteren Drehzahlbereich der elektrischen Maschine bzw. bei Bedarf eine zusätzliche Kühlung zu ermöglichen.
- Der hohle Läufergrundkörper reduziert das Massenträgheitsmoment des Läufers auf ein Minimum.
- Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Ansprüchen 2 und 4 bis 7 aufgeführt. Anspruch 3 als Nebenanspruch ermöglicht durch die eingebaute Kupplung zwischen Welle und äußerer Buchse eine Entkopplung bzw. Unterbrechung der Drehmomentenübertragung von der Welle auf die äußere Buchse mit dem magnetischen Aufbau. Dies ist von Vorteil, wenn die Welle in zu hohe Drehzahlbereiche driftet. Bei der Weiterbildung nach Anspruch 2 wird durch zwei Lüfterschaufelanordnungen die Effektivität der Lüftung erhöht und gleichzeitig erhöht sich die Stabilität des mechanischen Aufbaus des Läufers. Bei den Weiterbildungen nach Anspruch 4 und 5 werden durch den Einsatz von nichtmagnetischen Materialien im Läufergrundkörper die Ausbreitung von Wirbelströmen verhindert. Somit minimieren sich die Wirbelströme im Läufergrundkörper oder werden gänzlich vermieden. Nach Anspruch 6 kann durch die Anordnung von Kühlkanälen in den Elektroblechpakten auch innerhalb des Läufermagnetaufbaus und nicht nur außerhalb durch eine Luftumspülung eine verbesserte Kühlung erreicht werden. Weiterhin kann durch den mechanischen Aufbau der Elektroblechpakete, insbesondere durch die teilweise übergreifende Gestaltung der Elektroblechpakete über die Oberseite der Permanentmagnete, eine Entmagnetisierung der Permanentmagnete verhindert werden und die Kurzschlussfestigkeit der Maschine erhöht sich. Gleichzeitig ist durch den mechanischen Aufbau eine sichere Lagerung der Permanentmagnete gewährleistet. Der Aufbau der Elektroblechpakete durch einzelne, untereinander isolierte Bleche, nach herkömmlicher Elektromaschinenbautechnologie, mit einem auf der Unterseite angeordneten Schwalbenschwanz, ermöglicht eine Vorfertigung und einen sicheren Einbau in den Läufergrundkörper.
- Mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen
-
1 den schematischen Aufbau einer permanentmagneterregten, rotierenden elektrischen Maschine im Schnitt mit zwei Lüfteranordnungen im Läufergrundkörper, -
2 den schematischen Aufbau einer permanentmagneterregten, rotierenden elektrischen Maschine im Schnitt mit einer Kupplung zwischen der Welle und der äußeren Buchse, -
3 den schematischen Aufbau einer permanentmagneterregten, rotierenden elektrischen Maschine im Schnitt mit einer axialen Abdichtung an einer Läuferseite zur konzentrierten Luftführung, -
4 einen Ausschnitt einer Schnittdarstellung des Läufers und -
5 unterschiedliche Details der Elektroblechpakete mit den zwischengelagerten Permanentmagneten im Schnitt. Der Läuferaufbau der permanentmagneterregten, rotierenden elektrischen Maschine mit am Außenumfang des Läufers angeordneten Elektroblechpaketen mit dazwischenliegenden Permanentmagneten ist segmentartig realisiert. Auf der Welle1 des Läufers ist eine innere Buchse2 angeordnet. An beiden Enden sind vorteilhaft Lüfterräder mit Lüfterschaufeln3 vorgesehen, wobei die Lüfterräder an ihrem Außenumfang eine äußere Buchse4 tragen. Es ist jedoch auch möglich, dass zwischen der inneren Buchse2 und der äußeren Buchse4 nur Lüfterschaufeln3 angeordnet sind, die mechanisch fest mit einander verbunden sind und somit als tragender Läufergrundkörper ausgebildet sind. Der Läufergrundkörper besteht also aus der inneren Buchse2 , der äußeren Buchse4 und den dazwischenliegenden Lüfterschaufeln3 oder Lüfterrädern. Die äußere Buchse4 besitzt Nuten5 am Außenumfang in Längsrichtung für die Aufnahme von im Fußbereich komplementär aufgebauten, einzelnen Elektroblechpaketen6 . Zwischen den Elektroblechpakten6 sind Permanentmagnete7 angeordnet. - Durch die Lüfterschaufeln
3 wird eine Luftführung12 durch den Luftspalt13 zwischen Ständerwicklung14 und dem Läufer mit den Elektroblechpaketen6 und Permanentmagneten7 der Maschine und zurück zu den Lüfterschaufeln3 und durch den Läufergrundkörper, also eine Innenbelüftung, erzwungen. Eine Verbesserung der Kühlung kann noch erreicht werden, wenn im Gehäuse15 seitlich angeordnete Lufteinlässe16 , die nahe der Welle1 liegen und Luftauslässe17 in Höhe des Luftspaltes13 vorhanden sind und an einer Schmalseite der äußeren Buchse4 zum Gehäuse15 der rotierenden elektrischen Maschine eine oder mehrere axiale Abdichtung/en19 oder eine oder mehrere axiale Querschnittsverengung/en19 vorgesehen ist/sind. Hierdurch kann auch eine Zwangsbelüftung mit außenliegenden Lüfteranlagen erreicht werden. - Insbesondere bei Ausführungsarten mit langsam drehenden Läufern ist zwischen der Welle
1 und der äußeren Buchse4 die Anordnung einer Kupplung9 sinnvoll, um eine Trennung zwischen Welle1 und äußerer Buchse4 zu ermöglichen, falls antriebsseitig zu hohe Drehzahlen anliegen. Bei dieser Ausführungsart sind auf der Welle1 des Läufers zwei beabstandete Lager8 vorgesehen, die jeweils eine innere Teilbuchse2a mit Lüfterschaufeln3 tragen. Auch hier sind die Lüfterschaufeln3 bis zu einer äußeren Buchse4 geführt, wobei die inneren Teilbuchsen2a , die Lüfterschaufeln3 und die äußere Buchse4 als tragender Läufergrundkörper ausgebildet ist. Der restliche Läuferaufbau ist wie schon oben beschrieben gleich aufgebaut. - Die einzelnen Elektroblechpakete
6 besitzen mittig über die Längsrichtung verlaufende Kühlkanäle10 . Diese Kühlkanäle10 können z. B. das bekannte Folkloremuster besitzen oder aus mindestens zwei übereinanderliegenden Kühlkanälen bestehen. Die Außenkontur der Elektroblechpakete6 in Richtung Luftspalt13 sind pilzkopfartig ausgeführt, d. h. die Elektroblechpakete6 ragen über die Permanentmagnete7 hinaus und umfassen die Permanentmagnete7 an deren Oberseite teilweise. Zwischen den Elektroblechpaketen6 sind formschlüssig die Permanentmagnete7 eingelagert, wobei die Seiten der Permanentmagnete7 zu den Elektroblechpakten6 komplementäre Ausnehmungen zu entsprechenden Ausbuchtungen11 , wie z. B. Rechtecke, Dreiecke oder Halbkreise der Elektroblechpakte6 besitzen. Diese Formgebungen der Elektroblechpakete6 dienen der Befestigung der Permanentmagnete7 , was noch durch den Tränkprozess unterstützt wird. - Der tragende Läufergrundkörper besteht vorteilhaft aus Keramik oder teilweise aus Keramik, nichtmagnetischem Stahl, Aluminiumschaum und/oder Blechen aus nichtmagnetischem Stahl oder Aluminium.
- Bei einer Ausführungsvariante besteht die äußere Buchse
4 aus Keramik mit entsprechend eingearbeiteten Nuten5 für die Aufnahme der Elektroblechpakete6 . Wenn die äußere Buchse4 aus einem nichtmagnetischen Material besteht, so können die Nuten5 keramikbeschichtet sein oder aus formschlüssig eingelegten Keramikelementen18 bestehen. -
- 1
- Welle
- 2
- innere Buchse
- 2a
- innere Teilbuchse
- 3
- Lüfterschaufeln
- 4
- äußere Buchse
- 5
- Nuten
- 6
- Elektroblechpakete
- 7
- Permanentmagnete
- 8
- Lager
- 9
- Kupplung
- 10
- Kühlkanäle
- 11
- Ausbuchtungen der Elektroblechpakete
- 12
- Luftführung
- 13
- Luftspalt
- 14
- Ständerwicklung
- 15
- Gehäuse
- 16
- Lufteinlässe
- 17
- Luftauslässe
- 18
- Keramikelemente
- 19
- Abdichtung, Querschnittsverengung
- ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
- Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
- Zitierte Patentliteratur
-
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- - DE 19846924 A1 [0003]
- - DE 60118515 T2 [0004]
Claims (7)
- Läuferaufbau für eine permanentmagneterregte, rotierende elektrische Maschine, bei der am Außenumfang des Läufers Elektroblechpakete mit dazwischenliegenden Permanentmagneten angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass ein segmentierter Läuferaufbau in der Form vorliegt, dass auf der welle (
1 ) des Läufers eine innere Buchse (2 ) angeordnet ist, die Lüfterschaufeln (3 ) trägt, die bis zu einer äußeren Buchse (4 ) reichen, wobei die innere Buchse (2 ), die Lüfterschaufeln (3 ) und die äußere Buchse (4 ) als tragender Läufergrundkörper ausgebildet ist und die äußere Buchse (4 ) Nuten (5 ) am Außenumfang in Längsrichtung für die Aufnahme von im Fußbereich komplementär aufgebauten, einzelnen Elektroblechpaketen (6 ) besitzt und zwischen den Elektroblechpakten (6 ) Permanentmagnete (7 ) angeordnet sind. - Läuferaufbau nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an den beiden Enden zwischen der inneren Buchse (
2 ) und der äußeren Buchse (4 ) Lüfterschaufeln (3 ) angeordnet sind. - Läuferaufbau für eine permanentmagneterregte, rotierende elektrische Maschine, bei der am Außenumfang des Läufers Elektroblechpakete mit dazwischenliegenden Permanentmagneten angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass ein segmentierter Läuferaufbau in der Form vorliegt, dass auf der Welle (
1 ) des Läufers zwei beabstandete Lager (8 ) vorgesehen sind, die jeweils eine innere Teilbuchse (2a ) mit Lüfterschaufeln (3 ) tragen und die Lüfterschaufeln (3 ) bis zu einer äußeren Buchse (4 ) reichen, wobei die innere Teilbuchsen (2a ), die Lüfterschaufeln (3 ) und die äußere Buchse (4 ) als tragender Läufergrundkörper ausgebildet ist und die äußere Buchse (4 ) Nuten (5 ) am Außenumfang in Längsrichtung für die Aufnahme von im Fußbereich komplementär aufgebauten, einzelnen Elektroblechpaketen (6 ) besitzt und zwischen den Elektroblechpakten (6 ) Permanentmagnete (7 ) angeordnet sind und zwischen der Welle (1 ) im Bereich zwischen den Lagern (8 ) und der äußeren Buchse (4 ) eine Kupplung (9 ) vorgesehen ist. - Läuferaufbau nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die äußere Buchse (
4 ) aus Keramik oder aus einem nichtmagnetischen Material besteht, wobei bei dem Einsatz eines nichtmagnetischen Materials zum Beispiel schwalbenschwanzförmige Nuten (5 ) keramikbeschichtet ausgeführt sind oder aus formschlüssig eingelegten Keramikelementen (18 ) bestehen. - Läuferaufbau nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der tragende Läufergrundkörper aus Keramik, nichtmagnetischem Stahl, Aluminiumschaum und/oder Blechen aus nichtmagnetischem Stahl oder Aluminium besteht.
- Läuferaufbau nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die einzelnen Elektroblechpakete (
6 ) mittig über die Längsrichtung verlaufende Kühlkanäle (10 ) besitzen und die Elektroblechpakete (6 ) über die Permanentmagnete (7 ) hinausragen und diese an deren Oberseite teilweise umfassen und die Permanentmagnete (7 ) zwischen den Elektroblechpaketen (6 ) formschlüssig eingelagert sind, wobei die Seiten der Permanentmagnete (7 ) zu den Elektroblechpakten (6 ) komplementäre Ausnehmungen zu entsprechenden Ausbuchtungen (11 ), wie z. B. Rechtecke, Dreiecke oder Halbkreise der Elektroblechpakte (6 ) besitzen. - Läuferaufbau nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an einer Schmalseite der äußeren Buchse (
4 ) zum Gehäuse (15 ) der rotierenden elektrischen Maschine eine oder mehrere axiale Abdichtung/en (19 ) oder eine oder mehrere axiale Querschnittsverengung/en (11 ) vorgesehen ist/sind.
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DE200910025929 DE102009025929A1 (de) | 2009-06-05 | 2009-06-05 | Läuferaufbau für eine permanentmagneterregte, rotierende elektrische Maschine |
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