DE102012207758A1

DE102012207758A1 - Vorrichtung mit wenigstens einem Scheibenläufermotorrotor und Montageverfahren

Info

Publication number: DE102012207758A1
Application number: DE102012207758A
Authority: DE
Inventors: Helmut Hauck; Hubert Kaiser; Hubert Herbst; Thomas Herterich
Original assignee: SKF AB
Current assignee: SKF AB
Priority date: 2012-05-09
Filing date: 2012-05-09
Publication date: 2013-11-14
Also published as: WO2013167670A3; WO2013167670A2; CN104350670B; US20150207381A1; CN104350670A

Abstract

Die Erfindung geht aus von einer Vorrichtung mit zumindest einem Stator (10), wenigstens einem Scheibenläufermotorrotor (12), welcher zumindest eine Magneteinheit (14) aufweist, welche dazu vorgesehen ist, mit dem Stator (10) magnetisch wechselzuwirken, so dass wenigstens eine Antriebskraft zur Drehung des Scheibenläufermotorrotors (12) relativ zu dem Stator (10) an der Magneteinheit (14) angreift, und mit zumindest einem ersten Lager (16), welches an einer drehbaren Lagerung des Scheibenläufermotorrotors (12) relativ zu dem Stator (10) wenigstens mitwirkt. Es wird vorgeschlagen, dass wenigstens ein Teil des Lagers (16) an dem Scheibenläufermotorrotor (12) anliegt.

Description

Die Erfindung geht aus von einer Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Aus der Druckschrift DE 10 2007 013 732 B4 ist eine Vorrichtung mit einem Stator und einem Rotor bekannt. Durch stromdurchflossene Statorwicklungen werden Permanentmagnete im Rotor beschleunigt.
Die Aufgabe der Erfindung besteht insbesondere darin, eine gattungsgemäße Vorrichtung, welche eine hohe Effizienz aufweist, bereitzustellen. Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst, während vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung den Unteransprüchen entnommen werden können.
Die Erfindung geht aus von einer Vorrichtung mit zumindest einem Stator, wenigstens einem Scheibenläufermotorrotor, welcher zumindest eine Magneteinheit aufweist, welche dazu vorgesehen ist, mit dem Stator magnetisch wechselzuwirken, so dass wenigstens eine Antriebskraft zur Drehung des Scheibenläufermotorrotors relativ zu dem Stator an der Magneteinheit angreift, und mit zumindest einem ersten Lager, welches an einer drehbaren Lagerung des Scheibenläufermotorrotors relativ zu dem Stator wenigstens mitwirkt.
Es wird vorgeschlagen, dass wenigstens ein Teil des Lagers an dem Scheibenläufermotorrotor anliegt. Unter „vorgesehen“ soll insbesondere speziell ausgestattet und/oder speziell ausgelegt verstanden werden. Unter einem „Scheibenläufermotorrotor“ soll insbesondere ein Rotor verstanden werden, welcher zu einer Verwendung als Rotor eines Scheibenläufermotors vorgesehen ist. Unter einer „Magneteinheit“ soll insbesondere eine Einheit verstanden werden, welche aus einem oder mehreren Element besteht, auf welche mit Hilfe von Magnetfeldern Kräfte ausübbar sind, wobei die Einheit insbesondere wenigstens einen Permanentmagnet und/oder insbesondere wenigstens eine Spule aufweisen kann. Mit einer erfindungsgemäßen Ausgestaltung kann eine hohe Effizienz erreicht werden. Insbesondere kann ein hoher Wirkungsgrad eines Scheibenläufermotors, welcher die Vorrichtung aufweist, erreicht werden. Im Besonderen können Bewegungen und Schwingungen des Scheibenläufermotorrotors und von Teilen des Scheibenläufermotorrotors in eine axiale Richtung des Lagers relativ zu dem Stator trotz hoher Motordrehzahl, schwankender und/oder hoher Temperatur, Erschütterungen, Stoßbelastungen und Rotorverformungen weitgehend vermieden werden, wodurch ein Antrieb des Scheibenläufermotorrotors mit hohem Wirkungsgrad erzielt wird. Insbesondere kann eine hohe Lebensdauer der Vorrichtung erreicht werden.
Ferner wird vorgeschlagen, dass ein Quotient, der durch das Teilen eines maximalen Abstands, den ein Außenring des ersten Lagers von einer Drehachse des Scheibenläufermotorrotors aufweist, durch einen durchschnittlichen Abstand, den die Magneteinheit von der Drehachse aufweist, gebildet wird, größer als 0,4 ist. Unter einem „maximalen Abstand“, den ein Außenring des ersten Lagers von einer Drehachse des Scheibenläufermotorrotors aufweist, soll insbesondere der maximale Abstand einer Menge von Abständen verstanden werden, welche durch die Abstände aller denkbaren Teilbereiche des Außenrings von der Drehachse gebildet ist. Unter einer „Drehachse“ des Scheibenläufermotorrotors soll insbesondere eine Achse verstanden werden, um welche der Scheibenläufermotorrotor bei Betriebsvorgängen rotiert. Unter einem „durchschnittlichen Abstand, den die Magneteinheit von der
Drehachse aufweist“, soll insbesondere 1 / V ∫rdV verstanden werden, wobei das Integral über das Volumen der Magneteinheit auszuführen ist, V das Gesamtvolumen der Magneteinheit ist und r der positive Abstand der jeweiligen Volumenelemente dV von der Drehachse ist. Hierdurch kann eine besonders sichere axiale Fixierung des Scheibenläufermotorrotors erreicht werden.
Vorzugsweise ist der Quotient größer als 0,6. Auf diese Weise kann eine sichere axiale Fixierung des Scheibenläufermotorrotors insbesondere in einem Bereich der Magneteinheit erreicht werden, wodurch ein hoher Wirkungsgrad erreicht wird.
Außerdem wird vorgeschlagen, dass die Vorrichtung ein zweites Lager aufweist, welches daran mitwirkt, den Scheibenläufermotorrotor relativ zu dem Stator drehbar zu lagern und welches an einer Seite des Scheibenläufermotorrotor anliegt, welche der Seite des Scheibenläufermotorrotor, an welcher das erste Lager angeordnet ist, gegenüberliegt. Dadurch kann eine weitgehende Festlegung einer Axialposition des Scheibenläufermotorrotors erzielt werden.
Weiterhin wird vorgeschlagen, dass der Stator, der Scheibenläufermotorrotor und die beiden Lager in X-Anordnung oder in O-Anordnung relativ zueinander angeordnet sind. Hierdurch kann bei einer konstruktiv einfachen Bauweise eine sichere Kraftübertragung erreicht werden.
Mit Vorteil gilt für das erste Lager, dass der Quotient gebildet aus dem Außendurchmesser des ersten Lagers geteilt durch die maximale axiale Lagerbreite des ersten Lagers größer oder gleich 6 ist. Dadurch wird eine axial kurze und trotzdem stabile Bauweise erreicht.
Ferner wird ein Montageverfahren, insbesondere zur Herstellung der Vorrichtung, vorgeschlagen, bei welchem auf ein Statorelement eines Stators ein Shim gelegt wird, auf den Shim ein erstes Lager gelegt wird und ein Scheibenläufermotorrotor auf das erste Lager gelegt wird. Hierdurch wird eine hohe Effizienz erzielt. Insbesondere wird eine einfache Montage erreicht.
Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Zeichnungsbeschreibung. In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Die Zeichnung, die Beschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen.
1 zeigt einen Teilschnitt durch eine erfindungsgemäße Vorrichtung.
1 zeigt einen Teilschnitt durch eine erfindungsgemäße Vorrichtung, welche einen Stator 10, einen Scheibenläufermotorrotor 12, eine Welle 44 und ein erstes und ein zweites Lager 16, 26 aufweist. Der Scheibenläufermotorrotor 12 weist eine Magneteinheit 14 auf, welche aus mehreren Permanentmagneten 38 gebildet ist, die gleichmäßig entlang eines Kreises, dessen Mittelpunkt auf der Drehachse 22 des Scheibenläufermotorrotors 12 liegt, verteilt sind. Die Vorrichtung ist Teil eines Scheibenläufermotors, wobei sich bei einem Betrieb desselben der Scheibenläufermotorrotor 12 und die Drehachse 22 relativ zu dem Stator 10 dreht. Der Stator 10 umfasst ein erstes und ein zweites Statorelement 32, 36 und weist Statorwicklungen 40 auf, welche an den Statorelementen 32, 36 gegenüber der Magneteinheit 14 angeordnet sind. Bei dem Betrieb der Vorrichtung fließt Strom durch die Statorwicklungen 40, so dass ein Magnetfeld erzeugt wird, welches Kräfte auf die Magneteinheit 14 ausübt, die dazu führen, dass der Scheibenläufermotorrotor 12 sich um die Drehachse 22 relativ zu dem Stator dreht. Die Welle 44 ist an dem Scheibenläufermotorrotor 12 befestigt.
Die Lager 16, 26 sind baugleich und als Wälzlager ausgebildet. Ferner wirken die Lager 16, 26 an der drehbaren Lagerung des Scheibenläufermotorrotors 12 relativ zu dem Stator mit. Das Lager 16 weist einen Außenring 20 und einen Innenring 42 auf. Der Außenring 20 liegt an einer ersten Seite des Scheibenläufermotorrotors 12 an. Außerdem liegt ein Außenring des zweiten Lagers 26 an einer zweiten Seite des Scheibenläufermotorrotors 12, welche der ersten Seite gegenüberliegt, an.
Ein Quotient, der durch das Teilen eines maximalen Abstands 18, den der Außenring 20 des ersten Lagers 16 von der Drehachse 22 aufweist und welches der radiale Außenradius des Außenrings ist, durch einen durchschnittlichen Abstand 24, den die Magneteinheit 14 von der Drehachse 22 aufweist, gebildet wird, ist größer als 0,6. Der Quotient, der aus dem Außendurchmesser des ersten Lagers 16 geteilt durch die maximale axiale Lagerbreite 30 des ersten Lagers 16 gebildet ist, ist größer 6.
Ein Bügel 46 des Stators 10 spannt die Statorelemente 32, 36 gegeneinander vor. Zwischen dem Statorelement 32 und dem Innenring 42 ist in axialer Richtung ein Shim 34 angeordnet, welcher an dem Statorelement 32 und dem Innenring 42 anliegt. Ferner ist zwischen dem Statorelement 36 und dem Innenring des Lagers 26 in axialer Richtung ein Shim 48 angeordnet, welcher an dem Statorelement 36 und diesem Innenring anliegt. Die Vorspannung der Statorelemente 32, 46 gegeneinander wird mittels der Shims 34, 48 auf die Lager 16, 26 übertragen, so dass diese in axialer Richtung entlang der Drehachse 22 gegeneinander vorgespannt sind. Eine Gerade 50, entlang welcher eine Kraft von dem Statorelement 32 auf den Scheibenläufermotorrotor übertragen wird, schneidet eine Gerade 52, entlang welcher eine Kraft von dem Statorelement 36 auf den Scheibenläufermotorrotor 12 übertragen wird, in einem Schnittpunkt, welcher einen Abstand von der Drehachse 22 aufweist, der größer ist als der Abstands 18. Dies entspricht einer O-Anordnung. In einer alternativen Ausführung ist denkbar, dass der Schnittpunkt einen Abstand von der Drehachse 22 aufweist, welcher kleiner als der Abstands 18 ist. Dies entspricht einer X-Anordnung.
Das Statorelement 32 und der Scheibenläufermotorrotor 12 bilden einen Spalt 28, welcher eine Spaltbreite von unter 1 mm aufweist. Außerdem bilden das Statorelement 36 und der Scheibenläufermotorrotor 12 einen Spalt, welcher eine Spaltbreite von unter 1 mm aufweist.
Bei einer Montage der Vorrichtung wird zunächst auf das Statorelement 32 der Shim 34 gelegt, danach wird das Lager 16 auf den Shim 34 gelegt, nachfolgend wird der Scheibenläufermotorrotor 12 auf das Lager 16 gelegt, danach wird das Lager 26 auf den Scheibenläufermotorrotor 12 gelegt, nachfolgend wird ein Shim auf das Lagers 26 gelegt und ferner wird das Statorelement 36 auf den Shim gelegt, wobei zwischen die Statorelemente 32 und 36 ein weiteres Statorelement 54 eingefügt wird. Während der Scheibenläufermotorrotor relativ zu den Statorelementen 32, 36 gedreht wird, werden mittels des Bügels 46 die Statorelemente 32, 36 gegeneinander vorgespannt, wobei sich der Abstand der Statorelemente 32, 36 zueinander um 30 µm verringert, bis die Statorelemente 32, 36 beide das ringförmige Statorelement 54 berühren. Statt des Bügels 46 kann auch eine Verschraubung verwendet werden. Vor dem Vorspannen werden die ungefähren Spaltbreiten der Spalte zwischen dem Scheibenläufermotorrotor und den Statorelementen 32, 36 mittels der Shims eingestellt, wobei der Scheibenläufermotorrotor relativ zu diesen Statorelementen gedreht wird.
Ein Teil des Scheibenläufermotorrotors, welches die Permanentmagnete hält, ist aus Karbon gebildet. Bohrungen der Innenringe der Lager können einen Durchmesser von 140 Millimetern aufweisen. Ferner können die Außenringe der Lager einen Außendurchmesser von 175 mm aufweisen.
Die Lager sind mit Schmiermittel versehen und die Vorrichtung weist Dichtungen (nicht gezeigt) auf, welche ein Entweichen des Schmiermittels verhindern. Die Dichtungen können aus Filz gebildet sein. Außerdem kann das erste Lager 16 einen Teilkreisdurchmesser aufweisen, welcher sich von dem Teilkreisdurchmesser des zweiten Lagers 26 unterscheidet. Ferner kann das erste Lager 16 ein- oder mehrreihig ausgebildet sein. Weiterhin kann das zweite Lager 26 ein- oder mehrreihig ausgebildet sein. Das erste Lager 16 kann insbesondere ein Rillenkugellager, Schrägkugellager, Kegelrollenlager, Zylinderrollenlager oder Nadellager sein. Die genannten Lagerarten können dabei als Axial-, Schräg- oder Radiallager ausgeführt sein. Ferner kann das zweite Lager 26 insbesondere ein Rillenkugellager, Schrägkugellager, Kegelrollenlager, Zylinderrollenlager oder Nadellager sein. Auch hierbei können die genannten Lagerarten als Axial-, Schräg- oder Radiallager ausgeführt sein. Insbesondere können das erste und das zweite Lager eine unterschiedliche Bauform aufweisen. Ferner kann die Vorrichtung ein oder mehrere zusätzliche Lager (nicht gezeigt) aufweisen, welches bzw. welche zumindest mit einem Bauteil an der ersten Seite anliegen und welches bzw. welche an der drehbaren Lagerung des Scheibenläufermotorrotors 12 mitwirken, wobei dieses zusätzliche Lager bzw. diese zusätzlichen Lager insbesondere als Rillenkugellager, Schrägkugellager, Kegelrollenlager, Zylinderrollenlager oder Nadellager ausgebildet sein kann bzw. ausgebildet sein können und wobei das zusätzliche Lager bzw. die zusätzlichen Lager als Axial-, Schräg- oder Radiallager ausgeführt sein kann bzw. können. Außerdem kann die Vorrichtung ein oder mehrere weitere zusätzliche Lager (nicht gezeigt) aufweisen, welches bzw. welche zumindest mit einem Bauteil an der zweiten Seite anliegen und welches bzw. welche an der drehbaren Lagerung des Scheibenläufermotorrotors 12 mitwirken, wobei dieses weitere zusätzliche Lager bzw. diese weiteren zusätzlichen Lager insbesondere als Rillenkugellager, Schrägkugellager, Kegelrollenlager, Zylinderrollenlager oder Nadellager ausgebildet sein kann bzw. ausgebildet sein können und wobei das weitere zusätzliche Lager bzw. die weiteren zusätzlichen Lager als Axial-, Schräg- oder Radiallager ausgeführt sein kann bzw. können. Ferner kann das bzw. die zusätzlichen Lager ein- oder mehrreihig ausgebildet sein. Außerdem kann das bzw. die weiteren zusätzlichen Lager ein- oder mehrreihig ausgebildet sein.

Die Vorrichtung kann insbesondere Teil eines Wasserfahrzeugs, eines Busses, einer Straßenbahn, eines Flugzeugs, eines landwirtschaftlichen Geräts oder eines Elektrorasenmähers sein. Bezugszeichenliste

10	Stator
12	Scheibenläufermotorro tor
14	Magneteinheit
16	Lager
18	Abstand
20	Außenring
22	Drehachse
24	Abstand
26	Lager
28	Spalt
30	Lagerbreite
32	Statorelement
34	Shim
36	Statorelement
38	Permanentmagnet
40	Statorwicklung
42	Innenring
44	Welle
46	Bügel
48	Shim
50	Gerade
52	Gerade
54	Statorelement

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102007013732 B4 [0002]

Claims

Vorrichtung mit zumindest einem Stator (10), wenigstens einem Scheibenläufermotorrotor (12), welcher zumindest eine Magneteinheit (14) aufweist, welche dazu vorgesehen ist, mit dem Stator (10) magnetisch wechselzuwirken, so dass wenigstens eine Antriebskraft zur Drehung des Scheibenläufermotorrotors (12) relativ zu dem Stator (10) an der Magneteinheit (14) angreift, und mit zumindest einem ersten Lager (16), welches an einer drehbaren Lagerung des Scheibenläufermotorrotors (12) relativ zu dem Stator (10) wenigstens mitwirkt, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Teil des Lagers (16) an dem Scheibenläufermotorrotor (12) anliegt.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei ein Quotient, der durch das Teilen eines maximalen Abstands (18), den ein Außenring (20) des ersten Lagers (16) von einer Drehachse (22) des Scheibenläufermotorrotors (12) aufweist, durch einen durchschnittlichen Abstand (24), den die Magneteinheit (14) von der Drehachse (22) aufweist, gebildet wird, größer als 0,4 ist.
Vorrichtung nach Anspruch 2, wobei der Quotient größer als 0,6 ist.
Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Vorrichtung ein zweites Lager (26) aufweist, welches daran mitwirkt, den Scheibenläufermotorrotor (12) relativ zu dem Stator (10) drehbar zu lagern und welches an einer Seite des Scheibenläufermotorrotor (12) anliegt, welche der Seite des Scheibenläufermotorrotor, an welcher das erste Lager (16) angeordnet ist, gegenüberliegt.
Vorrichtung nach Anspruch 4, wobei der Stator (10), der Scheibenläufermotorrotor (12) und die beiden Lager (16, 26) in X-Anordnung oder in O-Anordnung relativ zueinander angeordnet sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 oder 5, wobei die beiden Lager (16, 26) gegeneinander vorgespannt sind.
Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei der Stator (10) und der Scheibenläufermotorrotor (12) wenigstens einen Spalt (28) bilden, welcher eine Spaltbreite aufweist, die kleiner als 5 mm ist.
Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei für das erste Lager (16) gilt, dass der Quotient gebildet aus dem Außendurchmesser des ersten Lagers (16) geteilt durch die maximale axiale Lagerbreite (30) des ersten Lagers (16) größer oder gleich 6 ist.
Maschine mit einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8.
Montageverfahren, insbesondere zur Herstellung einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, bei welchem auf ein Statorelement (32) eines Stators (10) ein Shim (34) gelegt wird, auf den Shim (34) ein erstes Lager (16) gelegt wird und ein Scheibenläufermotorrotor (12) auf das erste Lager (16) gelegt wird.