DE102010013302A1

DE102010013302A1 - Elektromotor

Info

Publication number: DE102010013302A1
Application number: DE102010013302A
Authority: DE
Inventors: Thomas Leichter; Jochen Dr. Mahlein; Josef Schmidt; Björn EGGER; Volker Dietrich
Original assignee: SEW Eurodrive GmbH and Co KG
Current assignee: SEW Eurodrive GmbH and Co KG
Priority date: 2009-04-08
Filing date: 2010-03-29
Publication date: 2010-10-14
Also published as: EP2417693A1; WO2010115539A1

Abstract

Elektromotor, umfassend ein Motorgehäuse, in welchem Lager zur Lagerung der Rotorwelle vorgesehen sind, wobei im Motorgehäuse ein Statorblechpaket vorgesehen ist, an dem eine Statorwicklung angeordnet ist, wobei im Motorgehäuse ein mit der Rotorwelle drehfest verbundenes Rotorblechpaket vorgesehen ist, wobei am Rotorblechpaket Ausnehmungen vorgesehen sind, die von der einen axialen Stirnseite des Rotorblechpakets zur anderen axialen Stirnseite des Rotorblechpakets verlaufen.

Description

Die Erfindung betrifft einen Elektromotor.
Es ist bekannt, in einem Motorgehäuse einen Stator vorzusehen, in dessen erzeugtem Drehstromfeld der Rotor vorgesehen ist.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine höhere Leistung bei kompakterem Bauvolumen zu erreichen.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe bei dem Elektromotor nach den in Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst.
Wichtige Merkmale der Erfindung bei dem Elektromotor sind, dass er ein Motorgehäuse aufweist, in welchem Lager zur Lagerung der Rotorwelle vorgesehen sind,
wobei im Motorgehäuse ein Statorblechpaket vorgesehen ist, an dem eine Statorwicklung angeordnet ist,
wobei im Motorgehäuse ein mit der Rotorwelle drehfest verbundenes Rotorblechpaket vorgesehen ist,
wobei am Rotorblechpaket Ausnehmungen vorgesehen sind, die von der einen axialen Stirnseite des Rotorblechpakets zur anderen axialen Stirnseite des Rotorblechpakets verlaufen,
wobei innerhalb des Gehäuses Luft-Fördermittel vorgesehen sind, insbesondere zum Antrieben einer Luftströmung innerhalb des Gehäuses.
Von Vorteil ist dabei, dass der Wärmeabtransport vom Rotor ans Motorgehäuse verbessert ausgeführt ist. Insbesondere bei wärmeerzeugenden Stromleitungen auf dem Rotor, wie bei einer Erregerwicklung einer fremderregten Synchronmaschine oder auch bei einem Kurzschlusskäfig einer Asynchronmaschine, wenn hohe Leistung umgesetzt und/oder wenn ein hohes Drehmoment erzeugt wird, ist dies von Vorteil. Die sowieso vorhandene Luft wird derart beschleunigt, dass die am oder im Rotorblechpaket vorbeistreichende Luft die aufgenommene Wärme am Stator oder Motorgehäuse abgibt.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung sind die Luft-Fördermittel ausgeführt als ein erstes, axial vor der ersten Stirnseite des Rotorblechpakets angeordnetes, mit der Rotorwelle drehfest verbundenes Lüfterrad und/oder ein zweites, axial hinter der anderen Stirnseite des Rotorblechpakets angeordnetes, mit der Rotorwelle drehfest verbundenes Lüfterrad. Von Vorteil ist dabei, dass große Luftströme antreibbar sind.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung umfassen die Luft-Fördermittel Luftleitbleche, welche an einer der oder an beiden Stirnseiten des Rotorblechpakets angeordnet sind. Von Vorteil ist dabei, dass die Luftleitbleche mit wenig Masse und somit mit wenig Trägheitsmoment ausführbar sind.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist jeder Ausnehmung zumindest ein Luftleitblech zugeordnet. Von Vorteil ist dabei, dass eine leistungsstarke Entwärmung realisierbar ist.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist das jeweilige Luftleitblech derart ausgeführt, dass bei der Drehbewegung des Rotors in Umfangsrichtung aufgefangene Luft in axiale Richtung umgelenkt wird, insbesondere also in axialer Richtung in die Mündung der Ausnehmung auf der Stirnseite des Rotorblechpakets eingeleitet wird. Von Vorteil ist dabei, dass bei Drehbewegung Luft förderbar ist und dabei die Umlenkung direkt vor der Mündung der Ausnehmung vorsehbar ist.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist das jeweilige Luftleitblech gewölbt ausgeführt, insbesondere derart gewölbt, dass Auffangen und Umleiten der Luft mit geringeren Wirbelverlusten ausführbar ist als bei einem jeweils eben ausgeführtem Luftleitblech. Von Vorteil ist dabei, dass weniger Wirbel entstehen, insbesondere bei einer schaufelartigen Ausführung der Luftleitbleche. Weiter von Vorteil sind auch die größere Formstabilität und die einfache Fertigbarkeit beispielsweise als Tiefziehteil.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist für die Rückleitung der entlang der Ausnehmung geförderten Luft zumindest teilweise der Luftspalt zwischen Rotor und Stator vorgesehen. Von Vorteil ist dabei, dass kein zusätzlicher Aufwand für die Rückleitung notwendig ist.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist für die Rückleitung der entlang der Ausnehmung geförderten Luft zumindest teilweise eine Ausnehmung im Statorblechpaket, insbesondere eine axial verlaufende Ausnehmung im Statorblechpaket, oder eine Ausnehmung im Motorgehäuse vorgesehen. Von Vorteil ist dabei, dass eine verbesserte Wärmeabgabe von der Luft an das Statorblechpaket oder Motorgehäuse erreichbar ist, insbesondere dann wenn der Motor mit einer Mantelkühlung ausgestattet ist.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die Ausnehmung, insbesondere im Rotorblechpaket und/oder Statorblechpaket, als an der Oberfläche verlaufende Nut ausgeführt. Insbesondere ist die Oberfläche des Rotors mit schraubenartig verlaufenden Nuten ausgeführt. Dabei ist die Schraubenachse die Rotorachse und die Nuten verlaufen an der Oberfläche des Rotors. Von Vorteil ist dabei, dass die Fertigung sehr einfach ist, insbesondere ist eine Fertigung durch Gießen oder Druckgießen ausführbar. Es muss also nur eine entsprechende Gussform angefertigt werden. Außerdem fördert die in der Nut strömende Luft auch Luft aus dem die Nut umgebenden Luftspalt mit. Somit ist eine besonders effektive Strömungsförderung bewirkbar, insbesondere wenn die Rückführung der Luft über Kanäle im Statorblechpaket und/oder Motorgehäuse erfolgt.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung weist das Gehäuse des Motors oder ein das Gehäuse des Motors umgebendes Mantelteil Kanäle für ein Kühlmedium, insbesondere ein flüssiges Kühlmedium, insbesondere Wasser, auf. Von Vorteil ist dabei, dass eine besonders effektive Kühlung und somit eine hohe Leistung bei geringem Bauvolumen erreichbar ist.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist der Elektromotor eine Synchronmaschine, insbesondere fremderregte Synchronmaschine, eine Asynchronmaschine oder eine Reluktanzmaschine. Von Vorteil ist dabei, dass das erfindungsgemäße Entwärmungskonzept für verschiedene Maschinen verwendbar ist.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist das Rotorblechpaket aus stanzpaketierten Einzelblechen zusammengesetzt, wobei jedes Einzelblech Ausstanzungen zur Bildung der Ausnehmungen aufweist. Von Vorteil ist dabei, dass eine kostengünstige einfache Fertigung der Ausnehmungen ausführbar ist, insbesondere ohne Zusatzaufwand, da jedes Einzelblech ein Stanzteil ist und somit kein Zusatzaufwand notwendig ist.
Weitere Vorteile ergeben sich aus den Unteransprüchen.

1: Rotorblechpaket
2: Rotorwelle
3: Kanal im Rotorblechpaket
4: Motorgehäuse
20: Nut
30: Luftleitelement
40: Luftleitelement
50: Lager
51: Statorwicklung
52: Lüfterrad
53: Luftspalt
54: zusätzlicher Luftkanal
60: Kanäle im Gehäusemantel
70: Kanal, insbesondere Luftkanal, im Motorgehäuse
80: Kanal, insbesondere Luftkanal, im Statorblechpaket

Die Erfindung wird nun anhand von Abbildungen näher erläutert:
In der 1 ist ein auf der Rotorwelle 2 drehfest verbundenes Rotorblechpaket 1 vorgesehen, welches Kanäle aufweist, die an einer ersten Stirnseite des Rotorblechpakets beginnen und an der der ersten Stirnseite gegenüberliegenden Stirnseite enden. Auf diese Weise ist also Luft in axialer Richtung durch das Rotorblechpaket bewegbar. Da die Kanäle nicht parallel zur Rotorachse ausgeführt sind, wird bei relativ zum Gehäuse drehendem Rotor eine Förderwirkung für Luft erzielt, so dass diese von der ersten Stirnseite an die axial gegenüber liegende Stirnseite gefördert wird.
In 1 sind die Kanäle 3 geradlinig von der ersten Stirnseite zur gegenüberliegenden Stirnseite ausgeführt, verlaufen aber nicht parallel zur Rotorachse. Da das Rotorblechpaket aus einzelnen gleichartigen Blechteilen zusammengesetzt ist, ist eine einfache stapelbildende Fertigung, insbesondere Stanzpaketierung, ermöglicht. Der Stapel ist hierbei in axialer Richtung gestapelt.
Bei einem anderen Ausführungsbeispiel verlaufen die Kanäle im Rotorblechpaket parallel zur Rotorachse. Die Kanäle haben dann stets denselben Radialabstand von der Rotorachse.
Bei einem wiederum anderen erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel verlaufen die Kanäle schraubenartig, wobei die Schraubenachse die Rotorachse ist. Die Kanäle haben dann wiederum stets denselben Radialabstand von der Rotorachse und weisen einen in axialer Richtung zunehmenden Winkelwert in Umfangsrichtung auf. Die Kanäle sind also mit einem Schrägungswinkel ausgeführt.
In 2 ist ein alternatives Ausführungsbeispiel ausgeführt. Dabei weist das Rotorblechpaket mehrere Nuten 20 am Umfang auf, die in axialer Richtung schraubenartig ausgeführt sind, also wiederum stets auf dem selben Radialabstand sich befinden und die einen mit der axialen Richtung zunehmenden Winkelwert in Umfangsrichtung aufweisen.
Die Nuten 20 und die Kanäle 3 sind auch kombiniert am Rotorblechpaket vorsehbar.
In der 3 ist am axialen Ende jedes Kanals ein Luftleitblech 30 vorgesehen, das also an der Stirnseite des Rotorblechpakets 1 verbunden ist, insbesondere angeschweißt ist. Die Luftleitbleches 30 sind als rechteckförmige Blechstücke ausgeführt, die derart geneigt vorgesehen sind, dass bei Drehung des Rotorblechpakets in Vorzugsrichtung Luft in die Kanäle 30 gefördert wird. Bei Anordnung der Blechstücke auf beiden Stirnseiten in umgekehrter Orientierung ist bei beiden Drehrichtungen Luft in die Kanäle förderbar.
In der 4 sind statt der rechteckförmigen Luftleitbleche 30 gewölbt ausgeführt Luftleitbleche 40 gezeigt, die schaufelartig ausgeformt sind. Auch hier wird bei Drehung des Rotorblechpakets in Vorzugsrichtung Luft in die Kanäle 30 gefördert wird. Bei Anordnung der Blechstücke auf beiden Stirnseiten in umgekehrter Orientierung ist bei beiden Drehrichtungen Luft in die Kanäle förderbar.
In 5 ist ein weitere Ausführungsbeispiel gezeigt. Dabei umgibt das Gehäuse 4 des Motors den Stator, wobei zusätzliche Luftleitkanäle 54 in axialer Richtung vorgesehen sind.
Darüber hinaus ist die Rotorwelle 2 über zwei Lager 50 gelagert, die im Gehäuse des Motors vorgesehen sind. Das auf der Rotorwelle 2 vorgesehene Rotorblechpaket 1 weist die Kanäle 3 auf. Zusätzlich sind auch die Nuten 20 am äußeren Umfang einsetzbar.
Auf einem Statorblechpaket ist die Statorwicklung 51 vorgesehen, wobei im Statorblechpaket die zusätzlichen Kanäle 54 vorsehbar sind.
Axial vor und hinter dem Rotorblechpaket ist auf der Rotorwelle 2 jeweils ein Lüfterrad 52 vorgesehen, das drehfest mit der Rotorwelle 2 verbunden ist und eine Förderwirkung für Luft erzeugt. Dabei wird die Luft durch das Rotorblechpaket, insbesondere durch die Kanäle und/oder Nuten im Rotorblechpaket hindurchgefördert. Ein Rückfluss der Luft ist durch die zusätzlichen Kanäle im Statorblechpaket oder durch den Luftspalt 53 zwischen Stator und Rotor ermöglicht.
In der 6 sind die Lüfterräder 52 nicht eingezeichnet, aber es ist ein ansonsten zur 5 ähnlicher Motor dargestellt. Dabei sind auch Kanäle 60 im Gehäuse des Motors vorgesehen, die zur Durchströmung mit einem flüssigen Kühlmedium, wie Wasser oder Öl, geeignet sind, also entsprechend abgedichtet ausgeführt sind. Somit ist das Gehäuse des Motors direkt gekühlt. Die Wärme des Statorblechpakets ist somit ans Gehäuse des Motors und von dort ans Kühlmedium abführbar. Vorzugsweise ist dazu das Statorblechpaket mit dem Gehäuse des Motors kraftschlüssig und/oder sogar formschlüssig verbunden.
Beispielsweise ist ein Aufschrumpfen des Gehäuses vorteilhaft, für welches vor dem Einfügen des Statorblechpakets in das Gehäuse eine Temperaturdifferenz von mehr als 30 Kelvin hergestellt wird und nach dem Einfügen das Gehäuse auf das Statorblechpaket aufschrumpft.
In der 7 ist eine Ausführung gezeigt, die im Unterschied zur 5 einen zusätzlichen Luftkanal 70 im Motorgehäuse aufweist. Somit ist die Rückführung der Luft besonders effektiv und die Wärme direkt am Motorgehäuse abgebbar und von dort an die Umgebung abführbar.
In der 8 ist im Unterschied zur 7 eine Ausführung gezeigt, bei der ein zusätzlicher Luftkanal 80 im Statorblechpaket vorgesehen ist. Somit ist eine besonders einfache Fertigung der Luftkanäle 80 ohne zusätzlichen Aufwand ermöglicht, weil die stanzpaketierten Blechteile des Statorblechpakets 51 beim Ausstanzen nur entsprechend auszuführen sind.

Claims

Elektromotor, umfassend ein Motorgehäuse, in welchem Lager zur Lagerung der Rotorwelle vorgesehen sind, wobei im Motorgehäuse ein Statorblechpaket vorgesehen ist, an dem eine Statorwicklung angeordnet ist, wobei im Motorgehäuse ein mit der Rotorwelle drehfest verbundenes Rotorblechpaket vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass am Rotorblechpaket Ausnehmungen vorgesehen sind, die von der einen axialen Stirnseite des Rotorblechpakets zur anderen axialen Stirnseite des Rotorblechpakets verlaufen, wobei innerhalb des Gehäuses Luft-Fördermittel vorgesehen sind, insbesondere zum Antrieben einer Luftströmung innerhalb des Gehäuses.
Elektromotor nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Luft-Fördermittel ausgeführt sind als ein erstes, axial vor der ersten Stirnseite des Rotorblechpakets angeordnetes, mit der Rotorwelle drehfest verbundenes Lüfterrad und/oder ein zweites, axial hinter der anderen Stirnseite des Rotorblechpakets angeordnetes, mit der Rotorwelle drehfest verbundenes Lüfterrad.
Elektromotor nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Luft-Fördermittel Luftleitbleche umfassen, welche an einer der oder an beiden Stirnseiten des Rotorblechpakets angeordnet sind.
Elektromotor nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Ausnehmung zumindest ein Luftleitblech zugeordnet ist.
Elektromotor nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das jeweilige Luftleitblech derart ausgeführt ist, dass bei der Drehbewegung des Rotors in Umfangsrichtung aufgefangene Luft in axiale Richtung umgelenkt wird, insbesondere also in axialer Richtung in die Mündung der Ausnehmung auf der Stirnseite des Rotorblechpakets eingeleitet wird.
Elektromotor nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das jeweilige Luftleitblech gewölbt ausgeführt ist, insbesondere derart gewölbt, dass Auffangen und Umleiten der Luft mit geringeren Wirbelverlusten ausführbar ist als bei einem jeweils eben ausgeführtem Luftleitblech.
Elektromotor nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass für die Rückleitung der entlang der Ausnehmung geförderten Luft zumindest teilweise der Luftspalt zwischen Rotor und Stator vorgesehen ist.
Elektromotor nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass für die Rückleitung der entlang der Ausnehmung geförderten Luft zumindest teilweise eine Ausnehmung im Statorblechpaket, insbesondere eine axial verlaufende Ausnehmung im Statorblechpaket, vorgesehen ist.
Elektromotor nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass für die Rückleitung der entlang der Ausnehmung geförderten Luft zumindest teilweise eine Ausnehmung im Motorgehäuse, insbesondere eine axial verlaufende Ausnehmung im Motorgehäuse, vorgesehen ist.
Elektromotor nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausnehmung, insbesondere im Rotorblechpaket und/oder Statorblechpaket, eine oder mehrere an der Oberfläche des Blechpakets verlaufende Nut aufweist.
Elektromotor nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse des Motors oder ein das Gehäuse des Motors umgebendes Mantelteil Kanäle für ein Kühlmedium, insbesondere ein flüssiges Kühlmedium, insbesondere Wasser, aufweist.
Elektromotor nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromotor eine Synchronmaschine, insbesondere fremderregte Synchronmaschine, eine Asynchronmaschine oder eine Reluktanzmaschine ist.
Elektromotor nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Rotorblechpaket aus stanzpaketierten Einzelblechen zusammengesetzt ist, wobei jedes Einzelblech Ausstanzungen zur Bildung der Ausnehmungen aufweist.