DE9200502U1 - Elektrische Maschine - Google Patents

Description

Anwaltsakte: G 4622

J. M. Voith GmbH

Kennwort: "Entkoppelter Stator"

Elektrische Maschine

Die Erfindung betrifft eine elektrische Maschine, insbesondere eine stromrichtergespeiste Synchronmaschine nach dem Transversalfluß-Prinzip, gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1. Eine Maschine dieser Gattung ist aus der DE-PS 38 26 339 bekannt.

Bei der bekannten Maschine ist der in einem Gehäuse gelagerte Rotor im wesentlichen eine zentrale Scheibe auf, an deren äußeren Umfangsbereich sich nach beiden Seiten hin axial eine ringförmige Polkörperstruktur anschließt. Der Polkörperstruktur sind ringförmige Statoren benachbart, nämlich Außenstatoren, die von radial außen und Innenstatoren, die von radial innen über ihre Pole unter Beibehaltung eines Luftspaltes auf die Polkörperstruktur des Rotors hin gerichtet sind. Die Statoren enthalten dabei jeweils eine zur Drehachse des Rotors koaxiale ringförmige Wicklung. Eine symmetrische Grundstruktur ist dadurch gebildet, daß dem Rotor jeweils zwei ringförmige Außenstatoren sowie innenliegende ringförmige Innenstatoren gegenüberstehen. Die Pole des Innenstators sind gegenüber den Polen des Außenstators um jeweils eine halbe Teilung in Umfangsrichtung versetzt. Die Polkörperstrukturen des Rotors umfassen im wesentlichen wechselweise polarisierte Permanentmagnete, die im Wechsel mit Weicheisenelementen in eine Tragkonstruktion aus Kunststoff eingebettet sind.

Der magnetische Fluß vollzieht sich im wesentlichen in radialen Ebenen zwischen den Innenstatoren und den Außenstatoren, zwischen denen sich die ringförmigen Polkörperstrukturen des Rotors in Umfangsrichtung hindurchbewegen. Dabei entsteht ein Kräftespiel, das aufgrund der tangentialen Versetzung der Außenstatoren gegenüber den Innenstatoren auf den Rotor ein Drehmoment ausübt.

Das durch fortwährende Abstoßung und Anziehung zustande kommende Kräftespiel zwischen den Statoren erstreckt sich jedoch auch in radialer Richtung. Dabei werden die Statoren pulsierend aufeinander zu und voneinander wegbewegt. Dadurch regen die Statoren das Gehäuse, an dem sie befestigt sind, zu Schwingungen an, denen nicht nur das zylindrische Mittelteil, sondern auch die beiden stirnseitigen radial verlaufenden Gehäuseteile unterworfen sind. Das zylindrische Mittelteil des Gehäuses vollzieht dabei vor allem radiale Biegeschwingungen. Besonders nachteilig sind aber vor allem die axial gerichtet Schwingungen, denen die stirnseitigen Gehäuseteile ausgesetzt sind. Diesen Gehäuseteilen nämlich schließen sich die Bauteile an, in den sowohl die Rotorwelle gelagert und die Innenstatoren befestigt sind. Es wurde erkannt, daß diese Schwingungen, herrührend vom pulsierenden Kräftespiel der Statoren gegeneinander, für die erhebliche Geräuschentwicklung der Maschine verantwortlich sind. Dabei spielt auch das Takten des Wechselrichters bei der elektrischen Einspeisung von Wechselstrom in die Transversalflußmaschine eine Rolle. Von Nachteil ist ferner, daß durch diese Schwingungen eine fortwährende Veränderung des Luftspaltes zwischen den Statoren und dem Rotor vorliegt. Auch die Schenkel der als Schnittbandkerne ausgebildeten Statoren unterliegen Schwingungen in axialer Richtung, bezogen auf die Längsachse der Rotorwelle. Diese Schwingungen sind nachteilig insbesondere im Hinblick auf die innerhalb der Schnittbandkerne angeordneten Ankerwicklungen.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, daß Geräuschverhalten einer Transversalflußmaschine der eingangs beschriebenen Gattung zu verbessern.

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1 gelöst. Es ist gemäß der Erfindung vorgesehen, die Außenstatoren im radial äußeren Bereich des umschließenden Gehäuses, insbesondere in dessen Eckbereich zwischen dem zylindrischen Teil des Gehäuses und den sich daran anschließenden stirnseitigen Gehäuseteile zu befestigen. Ebenso werden die Innenstatoren radial innen in dem Eckbereich befestigt, in dem die stirnseitigen Gehäuseteile mit rohrförmigen axial gerichteten Bauteilen für die Lagerung der Rotorwelle zusammenstoßen. Der Erfinder hat nämlich erkannt, daß die Eckbereiche des Gehäuses bei entsprechender Gestaltung vergleichsweise formsteif sind und bei Anregung zu Schwingungen einen Schwingungsknoten bilden. Die Befestigung der Statoren in diese Zonen hinein hat den Vorteil, daß die von den Statoren ausgehenden Schwingungsimpulse stark gedämpft werden und sich nicht mehr zu einer Geräuschbildung an die Umgebung aufschaukeln. Dadurch ist die Hauptursache für die Geräuschemission einer solchen Maschine erkannt und beseitigt.

In den Unteransprüchen sind vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung angegeben. Die Ansprüche 2 und 3 beschreiben Ausbildungen des Gehäuses, die eine vorteilhafte Montage der Maschine gestatten unter Beibehaltung der erfindungsgemäßen Vorzüge. Zu einer weiteren Reduktion des Geräuschverhaltens trägt gemäß den Ansprüchen 4 bis 6 ein Außengehäuse bei, in dem das eigentliche Motorgehäuse elastisch gelagert ist, wobei die Elastizität der Lagerung in axialer Richtung größer ist als in radialer Richtung bzw. in Umfangsrichtung. Gemäß den Ansprüchen 7 und 8 sind zur Aufhängung Bolzen vorgesehen, die in Buchsen aus elastischem Material eintauchen. Die Bolzen sind ferner an den stirnseitigen Gehäuseteilen des einen Gehäuses in axialer Richtung

befestigt. Dies führt dazu, daß diese stirnseitigen Gehäuseteile zwar noch Schwingungen in axialer Richtung ausführen können. Diese aber pflanzen sich durch die axial elastische Lagerung
innerhalb des Außengehäuses nicht nach außen fort. Gemäß den
Ansprüchen 9 bis 11 ist vorgesehen, daß die Aufhängung der
elektrischen Maschine und die Abstützung des Reaktionmoments
über das Außengehäuse erfolgt, vorzugsweise über Füße oder Zentrierungen am Außengehäuse. Zwischen dem inneren und dem äußeren Gehäuse ist ein Hohlraum vorgesehen, der mit schalldämmendem Material gefüllt werden kann.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachstehend anhand
der Zeichnung näher beschrieben. In einem Längsschnitt ist eine Transversalflußmaschine dargestellt mit einem Gehäuse 1, in dem ein Rotor 3 mit einer Rotorwelle 2 drehbar gelagert ist. An der Rotorwelle 2 ist über einen Bund eine zentrale und sich radial erstreckende Scheibe befestigt. Im radial äußeren Bereich der
Scheibe erstrecken sich beidseitig in axialer Richtung ringförmige Polstrukturen 5. Jeweils von radial innen und von radial
außen her stehen diesen Polstrukturen 5 Statoren gegenüber,
nämlich Außenstatoren 6, deren Polschuhe zur äußeren Mantelfläche und Innenstatoren 7, deren Polschuhe zur inneren Mantelfläche der Rotor-Polstrukturen 5 unter Einhaltung eines Luftspaltes hin gerichtet sind. Innerhalb der Außen- und Innenstatoren 6, 7 befinden sich jeweils ringförmige Wickelungen 8. Die Polstrukturen 5 des Rotors umfassen wechselweise angeordnete
Permanentmagnete und Weicheisenelemente, die in Kunststoff eingebettet sind.

Das Gehäuse 1 umfaßt ein im wesentlichen mantelförmiges zylindrisches Gehäuseteil la, dem sich beidseits in axialer Richtung stirnseitige Gehäuseteile Ib und Ic anschließen. Im radial inneren Bereich der stirnseitigen Gehäuseteile Ib und Ic befinden sich rohrförmige Bauteile Id, die gleichzeitig die Lagerung der Rotorwelle 2 aufnehmen. Das Gehäuse 1 ist im vorliegenden

Ausführungsbeispiel zweiteilig ausgeführt. Einstückig ausgebildet ist einerseits das mantelförmige Gehäuseteil la mit dem stirnseitigen Gehäuseteil Ic. An einer Trennfuge 11 schließt sich das andere stirnseitige Gehäuseteil Ib an. Im radial äußeren Bereich im Übergang zwischen dem mantelförmigen Gehäuseteil la und dem stirnseitigen Gehäuseteil Ic befindet sich ein Eckbereich 9, in dem einer der Außenstatoren 6 mittels Schrauben 13 befestigt ist. Der andere Außenstator 6 befindet sich innerhalb eines rohrförmigen Ansatzes 12 am stirnseitigen Gehäuseteil Ib, ebenfalls befestigt mittels Schrauben. Das Gehäuseteil Ib mit den darin befestigten Außenstatoren 6 kann als ganzes in das mantelförmige Gehäuseteil la eingesetzt werden. Zur erkennen ist, daß die Außenstatoren 6 in den Eckbereichen 9 und 10 innerhalb des Gehäuses 1 befestigt sind. Diese Eckbereiche sind formsteif und bilden bei Schwingungserregung einen Schwingungsknoten. Werden die Außenstatoren in diesem Gehäusebereich befestigt, so werden die durch das Kräftespiel zwischen den Statoren entstehenden Schwingungen nicht oder nur ganz schwach in das tragende Gehäuse eingeleitet.

Die Innenstatoren 7 sind auf ähnliche Weise am radial inneren Bereich der stirnseitigen Gehäuseteile Ib und Ic befestigt, nämlich ebenfalls im Eckbereich zwischen den Gehäuseteilen Ib und Id bzw. den Gehäuseteilen Ic und Id. Auf diese Weise wird außerdem die Übertragung von Schwingungen auf die Wälzlager verhindert.

Zur Reduzierung der Geräuschentwicklung trägt ferner bei, daß das Gehäuse 1 von einem Außengehäuse 2 0 umgeben ist. Dazu sind die stirnseitigen Gehäuseteile Ib und Ic mit axial gerichteten Bolzen 21 versehen, die in entsprechende Buchsen 22 im Außengehäuse 2 0 gelagert sind. Die Buchsen enthalten ein elastisches Material, dessen Elastizität entsprechend den Betriebsbedingungen der elektrischen Maschine gewählt werden kann. Die

Elastizität ist so gewählt, daß die Aufhängung zwischen den beiden Gehäusen in axialer Richtung, bezogen auf die Drehachse der Rotorwelle 2, weicher ist als in Umfangsrichtung bzw. radialer Richtung. Einen 'positiven Einfluß auf die Unterdrückung von Schwingungen an das Außengehäuse bzw. die Umgebung hat die Anordnung der Bolzen 21 an den stirnseitigen Gehäuseteilen Ib und Ic. Zwischen dem Gehäuse 1 und dem Außengehäuse 2 0 befindet sich ein Hohlraum 26, der bei Bedarf mit Schallschluck-Material gefüllt werden kann. In der einen Stirnseite des Außengehäuses 20 befindet sich eine Öffnung 23 für den teilweisen Durchtritt des Gehäuses 1 mit der Lagerung der Rotorwelle sowie die Rotorwelle selbst. Es ist von Vorteil, wenn auch der ringförmige Spalt 23 mit Schallschluck-Material abgedichtet wird. Auch im radial äußeren Bereich des Außengehäuses 2 0 kann ein weiterer Hohlraum 29 gebildet sein oder eine Verrippung zur Erhöhung der Steifigkeit.

Die Außenstatoren 6 können zur Kühlung ringförmige Hohlräume 27 und die Innenstatoren 7 ebensolche ringförmige Hohlräume 28 aufweisen, durch die ein Kühlmittel geleitet werden kann. Auch die Kühlung mittels eines flüssigen Kühlmittels kann zur Verringerung der Geräuschbildung der elektrischen Maschine beitragen. Die Abstützung der Maschine bzw. die Aufnahme des Reaktionsdrehmomentes kann über Füße 24 oder Zentrierungen 25 am Außengehäuse 20 erfolgen.

Heidenheim, 03.04.1991
0592k/75-80/DK/wt

Claims (11)

Anwaltsakte: G 4622 J. M. Voith GmbH Kennwort: "Entkoppelter Stator" tnsürüche

1. Elektrische Maschine, insbesondere Transversalflußmaschine, mit Felderregung durch Permanentmagnete, mit den folgenden Merkmalen:

a) ein Rotor (3) umfaßt eine in einem Gehäuse (1) gelagerte Rotorwelle (2) mit einer drehstarr darauf befestigten und sich im wesentlichen radial erstreckenden, kreisrunden zentralen Scheibe (4);

b) am äußeren Umfang der zentralen Scheibe (4) und koaxial zur Rotorwelle (2) erstrecken sich axial nach beiden Seiten hin ringförmig ausgebildete Polkörper (5);

c) die Polkörper (5) des Rotors (3) weisen wechselweise angeordnete Permanentmagnete und Weicheisenelemente auf, die unter Verwendung von Kunststoff miteinander verbunden sind;

d) radial außerhalb der Polkörper (5) sind Außenstatoren (6) angeordnet, deren Polschuhe unter Beibehaltung eines Luftspaltes zur äußeren Mantelfläche der Polkörper (5) hin gerichtet sind, und radial innerhalb der Polkörper (5) sind Innenstatoren (7) angeordnet, deren Polschuhe unter Beibehaltung eines Luftspaltes zur inneren Mantelfläche der Polkörper (5) hin gerichtet sind;

e) die Außenstatoren (6) und die Innenstatoren (7) weisen ringförmige und zur Drehachse der Rotorwelle koaxiale Wicklungen (8) auf;

dadurch gekennzeichnet, daß

e) die Außenstatoren (6) in einem Eckbereich (9, 10) des Gehäuses (1) zwischen einem mantelförmigen Gehäuseteil (la) und sich daran anschließenden stirnseitigen Gehäuseteilen (Ib, Ic) befestigt sind;

f) die Innenstatoren (7) im radial inneren Bereich des Gehäuses (1) im Eckbereich zwischen den stirnseitigen Gehäuseteilen (Ib, Ic) und sich koaxial zur Rotorwelle (2) erstreckenden hülsenförmigen Gehäuseteilen (Id) befestigt sind.

2. Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (1) mindestens zweiteilig ausgeführt ist, wobei die Gehäuseteilfuge (11) zwischen dem mantelförmigen Gehäuseteil (la) und einem der stirnseitigen Gehäuseteile (Ib, Ic) angeordnet ist.

3. Maschine nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß einer der Außenstatoren (6) an dem abnehmbaren stirnseitigen Gehäuseteil (Ib) befestigt ist, wobei dieses Gehäuseteil (Ib) im radial äußeren Bereich einen sich axial erstreckenden rohrförmigen Ansatz (12) aufweist, der den einen Außenstator (6) an dessen äußerer Oberfläche umfaßt und eine Zentrierung im mantelförmigen Gehäuseteil (la) bildet.

4. Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (1) von einem Außengehäuse (20) umgeben ist.

5. Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (1) innerhalb des Außengehäuses (20) elastisch gelagert ist.

6. Maschine nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Elastizität der elastischen Lagerung in axialer Richtung, bezogen auf die Längsachse der Rotorwelle (2), größer ist als die Elastizität in radialer Richtung und in Umfangsrichtung.

7. Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß zur Abstützung des Gehäuses (1) innerhalb des Außengehäuses (20) Bolzen (21) vorgesehen sind, die an einem der Gehäuse befestigt sind und in Buchsen (22) eintauchen, die am anderen Gehäuse angeordnet sind.

8. Maschine nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Bolzen (21) an den stirnseitigen Gehäuaseteilen (Ib, Ic) des Gehäuses (1) angeordnet und zur Innenseite der Wandung des Außengehäuses (20) hin gerichtet sind.

9. Maschine nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufhängung der Maschine und Übertragung des Reaktiondrehmomentes über das Außengehäuse (20) erfolgt, beispielsweise über Füße (24) oder Zentrierungen (25) an der Außenseite des Gehäuses (20).

10. Maschine nach einem der Ansprüche 4 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Außengehäuse (20) und dem Gehäuse (1) ein Hohlraum (26) gebildet ist, aus dem durch einen Spalt (23) das Gehäuse (1) mit der Rotorwelle (2) hindurchtritt.

11. Maschine nach einem der Ansprüche 4 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlraum (2 6) zwischen dem Gehäuse und dem Außengehäuse mit Schallschluckmaterial füllbar ist.

Heidenheim, 03.04.1991
0592k/72-74/DK/wt