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Title:
ELECTRIC MACHINE
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2011/054351
Kind Code:
A2
Abstract:
The invention relates to an electric machine, comprising a housing having an inner circumference, a stator, which is inserted into the housing such that an outer circumference of the stator faces the inner circumference of the housing, wherein a clearance fit is formed between the inner circumference of the housing and the outer circumference of the stator, at least one fastening element, wherein each fastening element connects the stator to the housing in a form-fit manner such that the stator is retained on the housing in a rotationally-fixed manner, and a rotor, which is rotatably supported in the housing in a radial direction of the electric machine inwardly from the stator.

Inventors:
VETTER MARCEL (CH)
STALDER CLAUDE (CH)
SUTER ROGER (CH)
KLEYNHANS GEORGE (CH)
Application Number:
PCT/DE2010/050069
Publication Date:
May 12, 2011
Filing Date:
September 07, 2010
Export Citation:
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Assignee:
MAN DIESEL & TURBO SE (DE)
VETTER MARCEL (CH)
STALDER CLAUDE (CH)
SUTER ROGER (CH)
KLEYNHANS GEORGE (CH)
International Classes:
H02K1/18
Foreign References:
DE10333728A12004-02-26
DE20317814U12004-02-26
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Claims:
Patentansprüche

1 . Elektrische Maschine (1), aufweisend:

ein Gehäuse (10) mit einem innenumfang (11),

einen Stator (20), der in das Gehäuse (10) eingesetzt ist, so dass ein Außenumfang (21) des Stators (20) dem Innenumfang (1 ) des Gehäuses (10) gegenüberliegt, wobei zwischem dem Innenumfang (11 ) des Gehäuses (10) und dem AuQenumfang (21) des Stators (20) eine Spielpassung gebildet ist,

wenigstens ein efestigungseiement (30), wobei jedes

Befestigungselement {30) den Stator (20) formschiüseig mit dem Gehäuse (10) verbindet, so dass der Stator (20) drehfest an dem Gehäuse ( 0) gehalten ist, und einen Rotor (40), der in einer Radialrichtung (RR) der elektrischen

Maschine (1) einwärts des Stators (20) drehbar in dem Gehäuse (10) gelagert ist.

2. Elektrische Maschine (1 ) gemäß Arvspruch 1 , wobei sich jedes

Befestigungselement (30) so in Radialrichtung (RR) erstreckt, dass es einen durch die Spieipassung definierten Zwischenraum (ZW) zwischen dem Gehäuse (10) und dem Stator (20) überbrückt.

3, Elektrische Maschine (1) gemäß Anspruch 1 ode? 2, wobei sich jedes Befestigungselement (30) sowohl durch das Gehäuse (10) als auch durch den Stator (20) erstreckt.

4. Elektrische Maschine (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei eine Mehrzahl von Befestigungselementen (30) vorgesehen sind, und wobei die Befestlgungseiemenie (30) in einer Umfangsrichtung (UR) der elektrischen Maschine (1) mit umfänglichem Abstand voneinander angeordnet sind.

5. Elektrische Maschine (1 ) gemäS Anspruch 4, wobei die

Befestig ungseiemente (30) entlang einer gemeinsamen sn Umfangsrichtung (UR) der elektrischen Maschine (1) verlaufenden Umfangslinie angeordnet sind.

6. Elektrische Maschine (1 } gemäß Anspruch 4 oder 5. wobei sich die Umfangslinie in einer Axialmitte der elektrischen Maschine (1) befindet.

7. Elektrische Maschine (1 ) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei für jedes Befestigungselement (30) Im Gehäuse (10) eine von einem Außenumfang (12) des Gehäuses (10) aus zu dessen innenumfang (1 1 ) hin verlaufende Durchgangsöffnung (13) und zu der Durchgangsöffnung (13) fluchtend in dem Au&enumfang (21) des Stators (20) eine Gewindeöffnung (22) vorgesehen sind, und wobei jedes Befestigungselement (30) von einer Gewindeschraube gebildet ist, die durch die Durchgangsöffnung (13) hindurch eingesetzt und in die

Gewindeöffnung (22) eingeschraubt ist.

Description:
Elektrische Maschine Die Effindung betrifft esne elektrische Maschine mit einem Gehäuse, einem drehfest in das Gehäuse eingepaßten Stator und einem drehbar im Gehäuse gelagerten Rotor,

Derartige elektrische Maschinen sind aus dem Stand der Technik als rotativ arbeitende Elektromotoren bzw, Elektrogeratoren bekannt.

Der Stator bzw Ständer eines solchen Elektromotors bzw. EleKtrogerators wird In der Regel aus dünnen aufeinandergeschichteten runden Blechen konstruiert, wie beispielsweise in DE 103 33 728 A1 beschrieben.

Gemäß dem Stand der Technik ist der Stator in das Gehäuse so eingepasst, dass ein Außenumfang des Stators einem Innenumfang des Gehäuses gegenüberliegt, wobei zwischem dem Innenumfang des Gehäuses und dem Außenumfang des Stators eine Presspassung gebildet ist. wie beispielsweise In DE 203 17 814 U1 beschrieben. Auf diese Weise ist der Stator vef lagerungsfest in dem Gehäuse gehalten.

Um Stator und Gehäuse zusammenzufügen, wird gemäß dem Stand der Technik zuerst das Gehäuse erwärmt und dann der Stator in das Gehäuse eingesetzt, so dass nach dem Abkühlen die Presspassung zwischen Gehäuse und Stator entsteht.

Derart aufgebaute Elektromotoren bzw. Elektrogeratoren weisen jedoch einige Nachtesie auf. So beansprucht bei Stillstand der elektrischen Maschine das Gehäuse den Stator stets in Radialrichtung der elektrischen Maschine auf Druck. Durch die radiale Pressung werden die Bleche des Stators in Axialrichtung gewölbt, so dass Irr, Betrieb dort Gase lagern können.

Da sich der Stator durch die im Betrieb auftretende Eürwärmung sowohl in

Axiairlchtung als auch in Radiainchtung ausdehnen will, beansprucht dieser durch seine Ausdehnung in Radiairichtung das Gehäuse auf Zug bzw. erzeugt in Umfangsrichtung der elektrischen Maschine wirkende Zugspannungen sm

Gehäuse. Wird die elektrische Maschine beispielsweise zum Antrieb eines Verdichters eingesetzt, so können durch dse Verdichtung des Mediums im

Verdichter hohe Temperaturen entstehen, welche wiederum den Stator zusätzlich erwärmen und dessen Ausdehnung in Radial- und In Axialrichtung und damit die Zugbeanspruchung des Gehäuses werter vergrößern. Belm Betreiben der elektrischen Maschine können ferner hohe Innendrücke im Gehäuse entstehen, welche das Gehäuse zusätzlich auf Zug beanspruchen. Im Fazit muss also das Gehäuse so massiv ausgeführt sein, dass es den auftretenden

Zugbeanspruchungen standhält.

Die Ausdehnung beim Hochfahren der elektrischen Maschine und das

Zusammenziehen beim Runterfahren dieser können dazu führen, dass sich die Lage des Stators im Gehäuse gegenüber einer Ausgangslage bzw, Soiiiage des Stators verändert. Im Schadensfall des Stators muss ferner ein hoher Aufwand betrieben werden, um diesen auszuwechsein.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine elektrische Maschine

bereitzustellen: bei der Montage und Demontage von Stator und Gehäuse vereinfacht und damit schneller durchführbar emd und bei der sich die Lage des Stators im Gehäuse nicht betriebsbedingt gegenüber der Ausgangsiage des Stators verändert. Dies wird mit einer elektrischen Maschine gemäß Anspruch 1 erreicht.

Weiterbildungen der Erfindung sind in den jeweils abhängigen Ansprüchen definiert.

Gemäß der Erfindung weist eine elektrische asc ine auf: ein Gehäuse mit einem innenumfang, einen Stator, der in das Gehäuse eingesetzt ist. so dass ein

Außenumfang des Stators dem innen umfang des Gehäuses gegenüberliegt, wobei zwischem dem innenumfang des Gehäuses und dem Außenumfang des Stators eine Spielpassung gebildet ist. wenigstens ein Befestigungselement, wobei jedes Befestigungselement den Stator formschlüssig mit dem Gehäuse verbindet, so dass der Stator drehfest an dem Gehäuse gehalten ist, und einen Rotor, der In einer Radiairichtung der elektrischen Maschine einwärts des Stators drehbar in dem Gehäuse gelagert ist.

Eine Spielpassung im Sinne der Erfindung ist zum einen eine Passung zwischen Gehäuse und Stator, wobei beide Teile das gleiche Nennmaß jedoch derart unterschiedliche Toleranzbereiche aufweisen, dass eine kleinste Innenabmessung des innenumfang» des Gehäuses immer größer als eine größte Außenabmessung des Außenumfangs des Stators ist. Unter eine Spielpassung im Sinne der

Erfindung fällt jedoch auch eine Passung zwischen Gehäuse und Stator, wobei der innenumfang des Gehäuses ein größeres Nennmaß als der Außenumfang des Stators aufweist

Ourch die erfindungsgemäß vorgesehene Spielpassung zwischen Innenumfang des Gehäuses und Außenumfang des Stators kann der Stator ohne Erwärmen des Gehäuses in dieses montiert und aus diesem demontiert werden. Damit sind Montage und Demontage von Stator und Gehäuse vereinfacht und damit schneller durchführbar. Ferner ird das Gehäuse im Stillstand der elektrischen Maschine nicht auf Zug beansprucht. Außerdem wird der Stator, insbesondere dessen Bleche, radial nicht auf Druck beansprucht, so dass eine Verformung des Stators in Axiairichtung der elektrischen Maschine vermieden wird. Durch das erfindungsgemäß vorgesehene wenigstens eine Befestigungselement ist der Stator in seiner Lage formschlüssig zum Gehäuse fixiert, so dass sich die Lage des Stators im Gehäuse nicht betriebebedingt gegenüber der Ausgangslage des Stators verändern kann.

Bevorzugt ist die elektrische Maschine als rotativ arbeitender Elektromotor oder als rotativ arbeitende Eiektragerator ausgebildet.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung erstreckt sich jedes

Befestigungselement so in Radialrichtung, dass es einen durch die Spielpassung definierten Zwischenraum zwischen dem Gehäuse und dem Stator überbrückt.

Bei einer solchen Ausgestaltung der Erfindung g eift das Befestigungselement gewissermaßen an einer Seite dessen radial in einen von dem Gehäuse und dem Stator ein. wobei das Befestigungseiement an setner anderen Seite mit dem anderen von dem Gehäuse und dem Stator iagefest verbunden ist.

So könnte das Befestigungseiement beispielsweise ein an den Außenumfang des Stators angeformter Radialvorsprung sein, der in eine axial des Gehäuses verlaufende Nut im Innenumfang des Gehäuses eingreift. Damit wäre der Stator sicher gegen Verdrehen (also drehfest) fixiert. Eine Verlagerung des Stators in Axialrichtung könnte z.B. durch ein die Nut axiai abdeckendes Lagerschild oder einen gleichwirkenden Abdeckring verhindert werden.

Natürlich kann erfindungsgemäß das Befestigungseiement auch separat von dem Stator und dem Gehäuse ausgebildet sein und mit beiden jeweils formschlüssig verbunden bzw. gekuppelt sein. Bevorzugt erstreckt sich da jedes

Befestigungseiement sowohl durch das Gehäuse als auch durch den Stator. Somit wird auf einfache und schere Weise eine schnell herstellbare und schnell lösbare formschlüssige Verbindung zwischen Gehäuse und Stator bereitgestellt.

Gemäß noch einer Ausführungsform der Erfindung sind eine Mehrzahl von Befestigungselementen vorgesehen, wobei die Befestigungseiemente in einer Umfanganchtung der elektrischen Maschine mit umfänglichem Abstand

voneinander angeordnet sind.

Durch die umfängliche Verteilung von mehreren Befestigungselementen kann die Hailekrafteiniertung vom Stator in das Gehäuse gut verteilt werden, so dass die Materialbeanspruchung pro Verbindungsstelle reduziert bzw. relativ gering ist. Damit können die jeweiligen Verbindungsstellen bzw. Gehäusewandung und Befestigungselement schwächer dimensioniert ausgeführt werden, womit Gewicht und Kosten eingespart werden

Gemäß noch einer eiteren Ausführungsform der Erfindung sind die

Befestigungselemente entlang einer gemeinsamen in Umfangsrichtung der elektrischen Maschine verlaufenden Umfangslinie angeordnet. Bevorzugt befindet sich dabei die Umfangslinie In einer Axialmitte der elektrischen Maschine.

Durch die Anordnung der Befestigungselemente in der Axialmitte werden diese nur minimalen Dehnungen in Axialrichtung ausgesetzt, da die Dehnungen im Wesentlichen links und rechts der Axialmitte stattfinden und sich somit die

Befestigungselemente gewissermaßen in einer neutralen Zone befinden.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung sind für jedes

Befestigungseiement im Gehäuse eine von einem Außenumfang des Gehäuses aus zu dessen innenumfang hin verlaufende Durchgangsöffnung und zu der Durchgangsöffnung fluchtend in dein Außenumfang des Stators eine Gewindeöffnung vorgesehen, wobei jedes Befestigungselement von einer Gewindeschraube gebildet ist, die durch die Durchgangsoffming hindurch eingesetzt und in die Gewindeäff nung eingeschraubt ist.

Durch die Realisierung der BefestlgungseSemente als Gewindeschrauben iässt sich die Montage und die Demontage des Stators im bzw aus dem Gehäuse besonders leicht und schnell mittels Standardwerkzeug realisieren. Die

Schraubenköpfe der Gewindeschrauben sind bevorzugt in Senkbohrungen (Durchgangsöffnungen) im Gehäuse aufgenommen, so dass die

Gewindeschrauben das Äußere der elektrischen Maschine nicht beeinträchtigen

im Fazit ist gemäß der Eürfindung die Konstruktion zwischen Außenfläche des Stators und Innenfläche des Gehäuses eine Spleipassung ; so dass deren

Zusammenfügen einfach zu realisieren ist. Durch die Spielpassung wird ermöglicht, dass die Bauteile beim Stillstand der Maschine nicht beanprucht werden. Gemäß einer Ausfuhr ungsforrn der Erfindung werden der Stator und das Gehäuse radial durch Schrauben befestigt. Diese Befestigungen fixieren die Ausgangslage des Stators. Beim Hochfahren und Runterfahren der Maschine hat die Dehnung keinen Einfluss auf die Ausgangslage. Im Betrieb erfährt das Gehäuse zusätzlich zu den ggf. auftretenden hohen Innendrücken nur eine geringe Zugbeanspruchung. Im Schadensfall des Stators kann dieser ohne großen Aufwand ausgetauscht werden.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand einer bevorzugten Ausführungsform und unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren detaillierter beschrieben .

Fig.1 zeigt eine schematische Seitenansicht des Stators einer elektrischen Maschine gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.

Fig.2 zeigt eine schematische Seitenansicht des Gehäuses einer elektrischen Maschine gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. Fig.3 zeigt eine schematische Seitenansicht einer elektrischen Maschine gemäß einer Ausfuhrungsforrn der Erfindung,

Wie in den Figuren 1 bis 3 gezeigt, weist eine elektrische Maschine 1 gemäß emer Ausführungsform der Erfindung ein Gehäuse 10 mit einem Innenumfang 11 einen Stator 20, der in das Gehäuse 0 eingesetzt (siehe Fig.3) ist, so dass em

Außenumfang 21 des Stators 20 dem Innenumfang 11 des Gehäuses 10 gegenüberliegt, und einen Rotor 40 auf, der in einer Radiairichtung RR der elektrischen Maschine 1 einwärts des Stators 20 drehbar in dem Gehäuse 10 gelagert ist.

Die elektrische Maschine 1 ist als rotativ arbeitender Elektromotor bzw. als rotativ arbeitender Elektrogerator ausgebildet.

Zwischem dem Innenumfang 11 des Gehäuses 10 und dem AuSenumfang 21 des Stators 20 ist eine Spielpassung gebildet, so dass der Stator 20 bei Montage und bei Demontage der elektrischen Maschine 1 einfach und schnell in das Gehäuse 10 einschiebbar und aus diesem herausziehbar ist.

Ferner wird durch die Spieipassung vermieden, dass der Stator 20 durch das Gehäuse 0 von radial außen her mit Druck beaufschlagt wird. Damit wird eine Wölbung der geschichteten Bleche (nicht im Detail dargestellt) des Stators 20 vermieden.

Au&erdem stellt die Spielpassung dem Stator 20 im eine Erwärmung des Stators 20 hervorrufenden Betnebsfali ausreichend radialen Ausdehnungsraum zur Verfügung, so dass eine wdrmeausdehnungsbasierte Zugbeanspruchung des Gehäuses 10 vermieden wird. Im Fazit kann das Gehäuse 10 durch die geringeren Zugbeanspruchungen m seine Wandstärke S gegenüber Konstruktionen aus dem Stand der Technik deutlich dünner und damit Seichter und kostengünstiger ausgeführt werden.

Die elektrische Maschine 1 weist femer eine Mehrzahl von Befestigungselementen 30 in Form von Gewindeschrauben auf. ür jedes Befestigungselement 30 sind im Gehäuse 0 eine von einem Außenumfang 1 des Gehäuses 10 aus zu dessen innenumfang 11 hin verlaufende Durchgangsöffnung 3 in Form einer

Senkbohrung und zu der Durchgangsöffnung 13 fluchtend (im Montiert-Zustand) in dem Außenumfang 21 des Stators 20 eine Gewindeöffnung 22 (m der seitlichen Perspektive der Figuren 1 bis 3 ist jeweils nur eine Gewindeöffnung 22 zu sehen) in Form einer Gewindebohrung vorgesehen.

Die Befestigungselemente 30 sind mit Ihrem jeweiligen Gewindeschaft (nicht gezeigt) durch die jeweiligen Durchgangsöffnungen 13 hindurch eingesetzt und sitzten mit ihrem jeweiligen Schraubenkopf 31 auf einer in der Senkbohrung der jeweiligen Durchgangsöffnung 13 gebildeten Stufe auf, wobei der Gewindeschaft jedes Befestigungseiements 30 in die jeweils korrespondierende Gewindeöffnung 22 im Stator 20 eingeschraubt ist.

Mit anderen Worten erstreckt sich jedes Befestigungselement 30 so in

Radlairichtung RR, dass es einen durch die Spieipassung definierten

Zwischenraum ZW zwischen dem Gehäuse 10 und dem Stator 20 überbrückt, wobei sich jedes Befestig υ ngselement 30 sowohl durch das Gehäuse 10 als auch durch den Stator 20 erstreckt

Auf diese Weise verbindet jedes Befestigungselement 30 den Stator 20

formschiüesig mit dem Gehäuse 10, so dass der Stator 20 drehfest und

axiaiverlagerungsfest an dem Gehäuse 0 gehalten ist. Bevorzugt sind die Befestigungselemente 30 mit einem so ausreichenden Anzugsmoment festgezogen, dass sie selbst bei wärmebedingter Ausdehnung des Stators 20 festgezogen bleiben.

Mit den erfindungsgemäß vorgesehenen Befestigungselementen 30 lässt steh somit der Stator 20 unter Verwendung von Standardwerkzeug einfach und schnell in dem Gehäuse 10 fixieren und aus diesem wieder demontieren bzw lösen.

Wie aus den Figuren 1 bis 3 ersichtlich, sind die Befestgungselsmente 30 in einer Ürnfangsnchtung UR der elektrischen Maschine 1 mit umfänglichem Abstand (hier z.B. 90 Grad) voneinander und entlang einer gemeinsamen in Umfangsrichtung UR der elektrischen Maschine 1 verlaufenden Umfangslinie angeordnet, wobei sich die Umfangslinie m einer Axialmitte der elektrischen Maschine 1 befindet.

Durch die Anordnung der Befestigungselemente 30 in der Axiaimitte werden diese nur minimalen Dehnungen in Axiairichtung AR der elektrischen Maschine 1 ausgesetzt, da diese Dehnungen im Wesentlichen links und rechts der Axialmitte stattfinden und ssch somit die Betestlgungselemente 30 gewissermaßen in einer neutralen Zone befinden.

Bezugszeichenliste

1 elektrische Maschine

10 Gehäuse

11 Innenumfang

12 Außenumfang

13 Durchgangsöffnung

20 Stator

21 Außenumfang 22 Gewindeöffnung

30 Befestigungselernent

3 Schraubenkopf

40 Rotor

S Wandstärke

ZW Zwischenraum

RR Radialrichtung

AR Axialrichtung

UR Umfangsrichtung