DE19747742A1 - Rotierende Elektromaschine mit Vorrichtung zur Verminderung des erzeugten Lärms - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine rotierende Elektromaschine mit einer Vorrichtung zur Verminderung des erzeugten Lärms, die einen Stator umfaßt, der aus einem Magnetkern und einer Stator- Karkasse besteht.

Es ist bekannt, daß in einer rotierenden Elektromaschine ein Rotor vorgesehen ist, der auf Lagern aufliegt, die mit einem Stator verbunden sind, der mittels einer Karkasse auf einer Basis ruht, und daß die Maschine mit einem elektronischen Wandler variabler Frequenz für die Stromversorgung ausgestattet sein kann.

Es ist auch bekannt, daß von elektronischen Wandlern mit variabler Frequenz gesteuerte rotierende Elektromaschinen besser als rotierende Elektromaschinen, die mit der festen Netzfrequenz versorgt werden, an die unterschiedlichen Betriebsbedingungen anpaßbar sind.

Diese Elektromaschinen weisen jedoch den Nachteil auf, daß sie lauter sind.

In der Tat weisen die elektrischen Versorgungsgrößen der Elektromaschinen, von denen die elektromagnetischen Kräfte herrühren, die die drehbaren Teile bewegen, ein sehr dichtes harmonisches Spektrum auf, das auf Frequenzen ausgedehnt ist, die ein weites Schallfeld betreffen. Die davon abgeleiteten elektromagnetischen Kräfte alternierenden Typs beeinflussen die strukturellen mechanischen Einbauten der rotierenden Elektromaschine, was zur Emission von unerwünschtem Lärm führt. Dieser Lärm läßt sich in einen strukturellen Lärm, d. h. eine Schwingung der Oberflächen der Maschine und der Basis, und in einen Fluglärm, d. h. in. Schallwellen, die von den vibrierenden Oberflächen erzeugt werden, unterteilen.

Da die Notwendigkeit der Verminderung des Lärms am Arbeitsplatz und in den Verkehrsmitteln immer weiter zunimmt, insbesondere im Bereich des Personenverkehrs, und da aus naheliegenden Gründen die Verminderung des Fluglärms und des Strukturlärms bei Militärfahrzeugen von lebenswichtiger Bedeutung ist, stellt der von den bekannten rotierenden Elektromaschinen erzeugte Lärm eine Einschränkung für ihre Verwendung dar.

Derzeitig werden die Schwingungen, die von den rotierenden Maschinen auf die tragenden Strukturen übertragen werden, durch die Zwischenschaltung von elastischen Antischwingungseinsätzen zwischen den Füßen der Elektromaschine und der Basis vermindert.

Diese Lösung verhindert jedoch nicht, daß die im Inneren der rotierenden Elektromaschine erzeugten Kräfte die äußeren Oberflächen der Maschine in Schwingungen versetzen, wobei unerwünschte Schallwellen erzeugt werden.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Beseitigung der Nachteile des Standes der Technik und insbesondere die Verminderung der Schwingungen, die sich zum Äußeren der rotierenden Maschine hin ausbreiten, sei es als Schallwellen oder auch als Schwingungen der Basis und der tragenden Struktur.

Die Aufgabe der Erfindung wird mittels einer rotierenden Elektromaschine gelöst, die eine Vorrichtung zur Verminderung des erzeugten Lärms aufweist, und einen Stator umfaßt, der aus einem Magnetkern und einer Statorkarkasse besteht, die dadurch gekennzeichnet ist, daß zwischen dem Magnetkern und der Statorkarkasse elastische Einsätze zwischengeschaltet sind.

Um in gleichförmiger Weise das Gewicht des Statormagnetkerns und die alternierenden elektrodynamischen Kräfte, die im Stator erzeugt werden, auf die elastischen Einsätze zu verteilen, sind die elastischen Einsätze in der Statorkarkasse entlang dem gesamten Umfang angeordnet.

Man erhält so in vorteilhafter Weise ein elastisches Stützbett, auf dem der Statormagnetkern ruht. Bei einer vorteilhaften Ausführungsform ruhen die elastischen Einsätze entlang dem Umfang auf Stützringen für den Magnetkern. Vorteilhafterweise ruhen die elastischen Einsätze auf Lagern, die sich auf der Statorkarkasse befinden.

Noch vorteilhafter weisen die elastischen Einsätze eine Bogenform auf.

Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß die elastischen Einsätze mit dem in der Statorkarkasse vorhandenen Lager in geometrischem Eingriff stehen.

Die elastischen Einsätze sind als Verbundkörper ausgebildet, da sie u. U. erheblichen Belastungen sowohl in radialer als auch in tangentialer und axialer Richtung in Bezug auf die rotierende Elektromaschine aushalten müssen.

In vorteilhafter Weise bestehen die elastischen Einsätze aus Schichten elastischen Materials, wie etwa synthetischem Material oder Naturkautschuk, die zwischen Schichten festen und steifen Materials angeordnet sind.

Vorteilhafterweise weisen die elastischen Einsätze einen V-Querschnitt auf.

Um den einfachen Austausch der elastischen Einsätze zu erlauben, beispielsweise aufgrund von thermischem Verschleiß der elastischen Materialien, und um die Maschinenstandzeiten zu vermindern, sind die elastischen Einsätze mit den Tragringen des Magnetkerns auf lösbare Weise verbunden.

Vorteilhafterweise weist das an der Statorkarkasse befindliche Lager seitliche Öffnungen mit Bogenform auf, deren Größe den elastischen Einsätzen entspricht. Vorteilhafterweise sind die Lager, auf denen die elastischen Einsätze ruhen, von zwei Teilen begrenzt, die das Lager longitudinal in zwei Hälften teilen, und die auf den Seiten der rotierenden Elektromaschine befindlichen Teile weisen eine Bogenform auf und sind lösbar.

Für den Fall, daß die rotierende Elektromaschine seitlich nicht vollständig zugänglich ist, wenn sie betriebsgerecht eingebaut ist, bilden die auf der Statorkarkasse befindlichen Lager eine Führung aus, und in dieser Führung sind die elastischen Einsätze gleitend gelagert, wodurch die Rotation des Statormagnetkerns erlaubt wird, wodurch der zu wartende Teil des Stators in den zugänglichen Bereich der rotierenden Elektromaschine gelangt.

Die Vorteile der vorliegenden Erfindung sind hauptsächlich in der Verminderung des Strukturlärms aufgrund der Dämpfung der auf die Statorkarkasse und daher auf die Basis der rotierenden Elektromaschine übertragenen Schwingung und in der Verminderung des Fluglärms, der von der Statorkarkasse erzeugt wird, zu sehen.

Der Gegenstand, welcher gemäß der vorliegenden Erfindung konzipiert wurde, wird nachfolgend eingehender beschrieben und anhand einer Ausführungsform dargestellt, die in den beigefügten Zeichnungen beispielhaft veranschaulicht ist, in denen:

Fig. 1 schematisch den Querschnitt der rotierenden Elektromaschine zeigt,

Fig. 2 eine Frontalansicht eines elastischen Einsatzes zeigt,

Fig. 3 eine Seitenansicht eines elastischen Einsatzes zeigt,

Fig. 4 einen seitlichen Querschnitt eines elastischen Einsatzes zeigt, der an einer Elektromaschine montiert ist,

Fig. 5 den Querschnitt einer alternativen Montage der elastischen Einsätze zeigt, und in denen

Fig. 6 in seitlicher Ansicht einen Bereich der Elektromaschine zeigt.

Aus der Fig. 1 lassen sich die wesentlichen Bestandteile der rotierenden Elektromaschine, wie beispielsweise eines Elektromotors oder ein Generators hoher Leistung, entnehmen, wobei die Maschine insgesamt mit 1 bezeichnet ist. Der Ausbreitungsverlauf der am Luftspalt (2) von den elektromagnetischen Kräften erzeugten Schwingungen ist schematisch mit (V) angedeutet.

Eine Statorkarkasse (3) ruht mittels Füßen (4) und mit den bekannten Antischwingungseinsätzen auf einer Basis (5). Zwischen dem Statormagnetkern (6) und der Karkasse (3) sind elastische Einsätze (7) vorgesehen.

Die elastischen Einsätze (7) sind an mehreren transversalen Querschnitten des Statormagnetkerns (6) vorhanden, beispielsweise an zwei Tragringen (8), die sich an den Enden des Stators (6) befinden.

Die elastischen Einsätze (7) weisen Bogenform auf und sind entlang dem gesamten Umfang des Tragringes (8) kreissymmetrisch verteilt, wobei sie ein elastisches Bett zur Aufnahme des Statormagnetkerns (6) ausbilden.

Im Inneren des Statormagnetkerns (6) ist der Rotor (9) eingesetzt, der auf an sich bekannten Lagern, die nicht gezeigt sind, ruht, und die von der Karkasse (3) getragen werden.

Aus den Fig. 2, 3 und 4 läßt sich eine mögliche Ausführungsform des elastischen Einsatzes (7) entnehmen. Der elastische Einsatz (7) weist vorteilhafterweise einen Schaft (20) mit einem V-förmigen Querschnitt auf. An der Spitze der Schaftseiten ist beispielsweise mittels Klebung ein Nutenstein (21) aus elastischem Material, wie etwa einem synthetischen Material oder Naturkautschuk, angebracht. Oberhalb des Nutensteins (21) ist eine metallische Lamelle (22) angebracht. Im Schaftkörper (20) ist ein Lager (23) (Fig. 3) mit rechteckigem Querschnitt ausgebildet. Mit Hilfe des Lagers (23) ist der elastische Einsatz (7) an dem Tragring (8) des Statormagnetkerns (6) montiert. Auf dem Schaft (20) des elastischen Einsatzes (7) sind seitlich des Lagers (23) für den Tragring (8) Löcher 30, 31, 32 ,für Zentrierdorne (33) und Verbindungsschrauben (34) vorgesehen.

Die V-Form des Schaftquerschnittes (20) des elastischen Einsatzes (7) erlaubt das Aufnehmen und Dämpfen der Stöße sowohl vom radialen als auch vom axialen Typ, die vom Statormagnetkern (6) herrühren.

Das Lager (40) für den elastischen Einsatz, das sich auf der Karkasse (3) befindet, wird von zwei Teilen begrenzt, die das Lager longitudinal in zwei Hälften teilen. Die Hälfte des Lagers (40), die zur äußeren Seite der rotierenden Elektromaschine (1) hin ausgerichtet ist, kann in der Nähe des elastischen Einsatzes (7) entfernt werden, wodurch eine Bogenöffnung erzeugt wird, die ausreichend ist, um den elastischen Einsatz (7) herauszunehmen, wenn er vom Tragring (8) abgelöst ist.

Die elastischen Einsätze (7) stellen vorteilhafterweise Kufen dar, die in den Führungslagern gleiten, wodurch dem Statormagnetkern (6) erlaubt wird, um seine Achse herum zu rotieren, wobei er von Halte- und Rotationsmitteln festgehalten und geführt wird, wie beispielsweise von einer Endlosschraube und einer Zahnstange, die nicht gezeigt sind.

Die Fig. 5 und 6 stellen eine alternative Ausführung des Lagers (40) dar, das sich für die Einsätze (7), die als Kufen ausgebildet sind, auf der Karkasse (3) befindet. Das Lager (40) ist einstückig ausgeführt. Entlang dem Umfang weist es oberhalb und auf der Seite, die auf das Äußere der Maschine (1) hin ausgerichtet ist, eine Öffnung (60) auf, die ausreichend groß ist, um die Herausnahme des auszuwechselnden elastischen Einsatzes (7) aus der Front der Maschine zu erlauben.

Der elastische Einsatz (7) stellt das einzige Verbindungsmittel zwischen dem aktiven Teil des Stators, d. h. dem Statormagnetkern (6) und der Tragestruktur der gesamten Maschine, d. h. der Statorkarkasse (3), dar. Der Nutenstein (21) aus elastischem Material der elastischen Einsätze (7) wird so ausgelegt, daß er die Anbringung dem Stators (6) an der Karkasse (3) erlaubt, und daß er gleichzeitig das von den elektromagnetischen Kräften am Luftspalt erzeugte Schwingungsniveau dämpft.

Daher wird dieser elastische Einsatz (7) statisch so ausgelegt, daß er das Gewicht des Statormagnetkerns (6) aufnimmt, dynamisch so, daß er die Vibrationen (V), die von den elektromagnetischen Kräften (F) am Luftspalt (2) erzeugt werden, unterdrückt und dämpft, und thermisch so, daß er die Temperaturbelastungen aushält, die in der rotierenden Elektromaschine (1) auftreten.

Gerade aufgrund der thermischen Belastung nutzt sich der Nutenstein (21) des elastischen Einsatzes (7) aus beispielsweise synthetischem Material oder aus Naturkautschuk mit der Zeit ab. Es ist daher die Möglichkeit des Austausches der elastischen Einsätze (7) vorgesehen.

Wird die äußere Hälfte (41) des Kreissegmentes des Lagers (40) entfernt, die dem elastischen Einsatz (7), den es zu ersetzen gilt, entspricht, so ist es möglich den elastischen Einsatz (7) von den Tragringen (8) des Statormagnetkerns zu lösen und den elastischen Einsatz (7) aus dem auf der Statorkarkasse (3) vorhandenen Lager (40) zu entfernen.

Für den Fall, daß die elastischen Einsätze (7) Kufen für die Rotation des Statormagnetkerns (6) ausbilden, werden die auszutauschenden elastischen Einsätze mittels Rotation des Statormagnetkerns (6) in die Nähe der Öffnung (60) gebracht, die sich auf der Vorderseite des Lagers (40) der Statorkarkasse (3) befindet, und dann werden sie von den Tragringen (8) abgenommen und herausgenommen.

Die Funktionsweise ist hiernach unter Bezugnahme auf Fig. 1 beschrieben. Im Luftspalt (2), der sich zwischen dem Rotor (9) und dem Stator (6) befindet, werden vom elektromagnetischen Feld die Kräfte erzeugt, die eine unerwünschte Vibration (V) des Stators (6) auslösen. Die Vibration (V) überträgt sich, stark gefiltert und gedämpft, von den elastischen Einsätzen (7) auf die Karkasse (3) und über die Füße (4) der Karkasse (3) erneut gefiltert und gedämpft, schließlich auf die Basis 5.

Auf diese Weise erzeugt die äußere Oberfläche der Karkasse (3), die einer verminderten Vibration (V) ausgesetzt ist, Schallwellen (S), die gedämpft sind, und die sich in einem engeren Frequenzband befinden, die sich in der die Elektromaschine (1) umgebenden Luft ausbreiten.

Claims (14)

1. Rotierende Elektromaschine (1) mit einer Vorrichtung zur Verminderung des erzeugten Lärms, die einen Stator umfaßt, der aus einem Magnetkern (6) und einer Statorkarkasse (3) besteht, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Magnetkern (6) und der Statorkarkasse elastische Einsätze (7) eingesetzt sind.

2. Rotierende Elektromaschine (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die elastischen Einsätze (7) in der Statorkarkasse (3) entlang dem gesamten Umfang angeordnet sind.

3. Rotierende Elektromaschine (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die elastischen Einsätze ein elastisches Tragebett ausbilden, auf dem der Statormagnetkern (6) ruht.

4. Rotierende Elektromaschine (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die elastischen Einsätze (7) entlang dem Umfang von Tragringen (8) des Statormagnetkerns (6) gehalten werden.

5. Rotierende Elektromaschine (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrischen Einsätze (7) auf Lagern (40) ruhen, die an der Statorkarkasse (3) angebracht sind.

6. Rotierende Elektromaschine (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die elastischen Einsätze (7) Bogenform aufweisen.

7. Rotierende Elektromaschine (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Einsätze (7) an dem Lager (40), das sich auf der Statorkarkasse (3) befindet, in geometrischen Eingriff angebracht sind.

8. Rotierende Elektromaschine (1)' nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die elastischen Einsätze (7) als Verbundkörper ausgebildet sind.

9. Rotierende Elektromaschine (1) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die elastischen Einsätze aus Schichten elastischen Materials ausgebildet sind, die zwischen Schichten aus festem und steifen Material liegen.

10. Rotierende Elektromaschine (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die elastischen Einsätze (7) einen V- Querschnitt aufweisen.

11. Rotierende Elektromaschine (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die elastischen Einsätze (7) an den Tragringen (8) des Statormagnetkerns (6) in lösbarer Weise angebracht sind.

12. Rotierende Elektromaschine (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Lager (40), die sich auf der Statorkarkasse (3) befinden, eine Führung ausbilden, in der die elastischen Einsätze (7) gleitend ruhen.

13. Rotierende Elektromaschine (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Lager (40), das sich auf der Statorkarkasse (3) befindet, seitliche Öffnungen (60) mit Bogenform aufweist, deren Ausmaße denjenigen der elastischen Einsätze (7) entsprechen.

14. Rotierende Elektromaschine (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Lager (40) von zwei Teilen begrenzt werden, die die Lager (40) longitudinal teilen, und dadurch, daß die Teile (41), die sich auf den Seiten der rotierenden Elektromaschine (1) befinden, Bogenform aufweisen und lösbar sind.