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Im Bereich der fremderregten Elektromotoren spielen Leistungsübertragungsanordnungen als Erreger eine immer wichtigere Rolle, da hierdurch auf Permanentmagnete bzw. auf seltene Erden verzichtet werden kann.
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Bei fremderregten Elektromotoren wird das magnetische Rotorfeld durch einen Stromfluss durch Spulen im sich bewegenden Rotor erzeugt. Die Übertragung der elektrischen Energie vom stehenden ins drehende System erfolgt bei am Markt verbreiteten Antrieben üblicherweise konduktiv über Schleifringe.
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Eine Alternative zur konduktiven Energieübertragung bieten fremderregte Elektromotoren, bei denen die Energieübertragung induktiv erfolgt. Dadurch kann sowohl auf die Dauermagnete als auch auf Schleifkontakte verzichtet werden.
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Die Übertragung des Stroms auf den Rotor erfolgt dabei über einen induktiven Übertrager. Der Übertrager wird über eine Wechselspannung vom Stator mit Energie versorgt. Die Wechselspannung wird rotorseitig über einen Gleichrichter für die Magnetspulen des Rotors in Gleichspannung umgewandelt. Die Magnetspulen induzieren anschließend ein Rotor-Magnetfeld, welches mit dem Stator-Magnetfeld in Wechselwirkung tritt. Dadurch kann der Motor ein Drehmoment erzeugen. Die Magnetspulen ersetzen dabei die Dauermagnete. Das System aus induktivem Übertrager und Gleichrichter kann auch als induktiver Erreger bezeichnet werden.
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Elektromotoren sind oftmals strikten Bauraumvorgaben unterworfen. Die konstruktive Gestaltung der induktiven Erreger ist jedoch beschränkt, da alle beweglichen Komponenten im Erreger eine sehr hohe Drehzahlfestigkeit aufweisen müssen. Die Drehzahlen im Erreger könne im Bereich von 18.000 und 24.000 Umdrehungen pro Minute liegen.
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In Erregern wird oftmals der spröde Werkstoff Ferrit für die Kerne der Magnetspulen eingesetzt. Besonders hierbei ergeben sich deutliche Einschränkungen in der Konstruktionsfreiheit hinsichtlich der Drehzahlfestigkeit.
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Bei dem Einsatz eines Primär und Sekundärferriten zur induktiven Erregung eines Synchronmotors muss häufig ein definierter Luftspalt an der E-Maschine eingestellt werden über welchen einerseits sichergestellt werden kann, dass sich die Ferrite nicht berühren, da es dadurch zu Schäden kommen kann. Andererseits kann es für hohe Leistungsbereiche einer elektrischen Maschine notwendig sein, einen definierten Abstand der Primär- und Sekundäranordnung sicherzustellen, um die gewünschten Ströme auf den Rotor übertragen zu können.
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Weiterhin ist für die bauraumneutrale Integration eines induktiv erregten SESM Rotors, beispielsweise in den System-Bauraum einer permanenterregten Maschine, eine Anordnung des Übertragers, also des induktiven Exciters oder Erregers, innerhalb der hohlen Rotorwelle, welche aus mehreren Teilen zusammengesetzt sein kann, notwendig. Die Rotorwelle besteht dabei aus einem Zentralteil und einem Seitenteil, welches den Lagersitz für die Rotorwelle aufweist. Es kann wünschenswert sein, die Rotorlagerung in Bezug auf Lagertyp, Lagergröße und Lagerabstand beizubehalten, damit beispielsweise eine Baukasten-Kompatibilität mit permanenterregten Rotoren beibehalten werden kann.
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Um die erforderliche Übertragungsleitung der induktiven Ströme gewährleisten zu können, kann ein bestimmter Mindestdurchmesser des Übertragers notwendig sein. Dieser Durchmesser bestimmt dann den Innendurchmesser des Zentralteils der Rotor-Hohlwelle im axialen Bereich unterhalb des Blechpakets des Stators.
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Allerdings können die Innendurchmesser der vorgegebenen Rotorlager geringer als der Innendurchmesser der Hohlwelle im zentralen Bereich sein, weshalb der Übertrager, bzw. die Sekundärseite in die Rotorwelle montiert werden muss, bevor eine mehrteilige Rotorwelle zusammengefügt werden kann, bzw. das Seitenteil der hohlen Rotorwelle montiert werden kann.
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Das gilt weiterhin für die Primärseite des induktiven Drehübertragers, wenn dieser einen größeren Durchmesser im Bereich unterhalb des Rotorlagers auf der Seite, an der der Übertrager angeordnet ist, aufweist, als ein möglicher Innendurchmesser der Rotorwelle, bzw. eines Seitenteils der Rotorwelle, welches beispielsweise ein Lagerende ist und sich entsprechend verjüngt.
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Entsprechend muss die statorfeste, nicht mitrotierende Primärseite des Übertragers vor dem Fügen, Fertigbearbeiten und Komplettieren des Rotors in diesen eingesetzt werden, da sie später nicht mehr durch die seitliche Öffnung der Hohlwelle durchpasst.
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Weiterhin muss sichergestellt werden, dass die Primärseite des induktiven Übertragers sicher genug gehalten wird, als dass diese auch während der Fertigung des Motors, beispielsweise beim Einsetzen in die Rotorhohlwelle, nicht beschädigt wird oder ein anderes Teil beschädigt. Zudem muss sichergestellt werden, dass die Primärseite des Übertragers im Betrieb gegenüber der Sekundärseite hinreichend genau positioniert ist, um den zuvor beschriebenen definierten Luftspalt einhalten zu können und zu verhindern, dass sich Primär und Sekundärferrit berühren, da diese so Schaden nehmen können, bzw. das Rotorlager so beschädigt werden kann.
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Bisherige Anordnungen und Montageverfahren vermögen nicht, die Primärseite vor dem Fügen eines Lagerendes oder Seitenteils einer Rotorwelle statorfest, zu halten, oder die Primärseite allgemein gegenüber den rotorseitigen Komponenten, wie beispielsweise der drehfest mit dem Rotor verbundenen Sekundärseite zu positionieren und zu fixieren, wodurch die Primärseite lose in der Hohlwelle liegt und so Schaden nehmen kann. Statorfest bedeutet hier beispielsweise, dass die Primärseite des Übertragers nicht mitrotiert.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Leistungsübertragungsanordnung, eine Rotoranordnung sowie eine fremderregte elektrische Maschine bereitzustellen, bei der die oben angegebenen Nachteile wenigstens teilweise verringert werden.
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Diese Aufgabe wird durch eine Leistungsübertragungsanordnung nach Anspruch 1, ein Verfahren zur Vormontage einer Leistungsübertragungsanordnung nach Anspruch 7, ein Verfahren zur Vormontage einer Rotoranordnung nach Anspruch 8, ein Verfahren zur Montage einer fremderregten elektrischen Maschine nach Anspruch 9 und ein Kraftfahrzeug nach Anspruch 11 gelöst.
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Weitere Aspekte und Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen, den beigefügten Zeichnungen und der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsformen.
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Gemäß einem ersten Aspekt stellt die vorliegende Erfindung eine Leistungsübertragungsanordnung, insbesondere eine induktive Leistungsübertragungsanordnung, zur Leistungsübertragung auf eine Rotoranordnung einer fremderregten elektrischen Maschine, umfassend:
- - eine Rotorhohlwelle;
- - eine Primäranordnung;
- - eine Trägerlanze, die mit der Primäranordnung verbunden ist; und
- - eine Lageranordnung, die die Trägerlanze, die mit der Primäranordnung verbunden ist in einem zylindrischen Teil der Hohlwelle lagert.
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Der Begriff „Leistungsübertragungsanordnung“ umschreibt einen Exciter bzw. einen Erreger einer elektrischen Maschine. Die Leistungsübertragungsanordnung dient allgemein dazu, elektrische Energie von einer Leistungselektronik in die Rotorwicklung zu induzieren. Die Leistungsübertragungsanordnung kann ein Exciter, beispielsweise ein induktiver Exciter, sein und ist dazu eingerichtet, eine Leistung auf eine Rotoranordnung einer fremderregten elektrischen Maschine zu übertragen. Die fremderregte elektrische Maschine kann ein Elektromotor sein.
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Eine Rotorhohlwelle meint hier beispielsweise einen zylindrisch geformten, nicht mit einem Lagerende verfügten Teil einer Hohlwelle, in die der induktive Übertrager bzw. die Leistungsübertragungsanordnung eingesetzt werden kann.
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Die erfindungsgemäße Leistungsübertragungsanordnung weist zunächst eine Trägerlanze auf, die mit einer Primäranordnung verbunden ist. Die Verbindung ist eine drehfeste Verbindung. Die Trägerlanze kann in Form eines Bolzens ausgebildet sein und kann einen Durchmesser von 3 bis 15mm aufweisen.
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Die Trägerlanze kann weiterhin so ausgestaltet sein, dass sie in Längsabschnittsbereichen unterschiedliche Durchmesser aufweist.
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Die Länge der Trägerlanze kann abhängig sein von der Bauraumlänge der elektrischen Maschine und/oder der Länge der Primäranordnung. Die Trägerlanze kann so gestaltet sein, dass sie mit einem Maschinengehäuse der elektrischen Maschine verbunden werden kann.
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Die Primäranordnung kann mit der Trägerlanze verbunden sein. Beispielsweise kann die Primäranordnung durch einen Sicherungsring an der Trägerlanze fixiert sein. Der Sicherungsring kann eine Mutter sein. Die Verbindung kann auch durch Kleben, Schweißen und dergleichen passieren. Es kann mehr als eine Verbindung und/oder Verbindungsart zwischen Primäranordnung und Trägereinheit vorliegen.
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Die Primäranordnung kann die Primärseite eines induktiven Übertragers sein und kann eine Primärwicklung und einen Primärferrit umfassen. Die Primärwicklung kann drehfest um den Primärferrit angeordnet sein. Der Primärferrit kann zylinderförmig sein. Der Primärferrit kann einen T-förmigen Querschnitt haben.
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Die erfindungsgemäße Leistungsübertragungsanordnung weist weiterhin eine Lageranordnung auf, die mit der Trägerlanze verbunden ist. Die Lageranordnung ist beispielsweise so gestaltet, dass ein innerer Bereich der Lageranordnung mit der Trägerlanze verbunden ist und ein äußerer Bereich mit einem Innendurchmesser eines Abschnitts des zylindrischen Teils der Rotorhohlwelle verbunden ist. Die Verbindung kann direkt erfolgen, beispielsweise durch Verkleben, es kann aber auch ein weiteres Element zwischen dem Innendurchmesser der Hohlwelle und dem äußeren Bereich der Lageranordnung angeordnet und jeweils mit diesem verbunden sein.
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In einem Ausführungsbeispiel umfasst die Lageranordnung zwei gegeneinander angestellte Kugellager. Die Lageranordnung kann so gestaltet sein, dass eine vorgespannte O-Anordnung aus den beiden Kugellagern gebildet wird, indem sich zwischen den Segmenten des äußeren Bereichs der Lageranordnung, bzw. den Außenringen der Kugellager eine Distanzscheibe befindet, während der innere Bereich der Lageranordnung, bzw. die Innenringe der Kugellager mit der Trägerlanze verbunden wird/werden, wobei die Innenringe unter Vorspannung zusammengedrückt werden. Hierdurch kann sich beispielsweise eine besonders kompakte Ausgestaltung und hohe Biegesteifigkeit der Lageranordnung ergeben. Auf diese Weise kann eine vormontierte Lagerpatrone hergestellt werden, beispielsweise indem die Lageranordnung in eine Hülse eingepasst wird.
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Ein wie oben beschriebenes vorgespanntes Lager hat gegenüber einem einzelnen Kugellager eine höhere Kippstabilität, wodurch in dieser erfindungsgemäßen Ausführungsform sichergestellt werden kann, dass sich die Primäranordnung und die Sekundäranordnung nicht berühren und so verhindert werden kann, dass diese Schaden nehmen. Weiterhin kann durch die erfindungsgemäße Lageranordnung eine hohe Laufruhe während des Betriebs gewährleistet werden.
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Wie oben bereits beschrieben, sind in einer Ausführungsform die Kugellager durch eine Distanzscheibe getrennt, die zwischen den Außenringen der Kugellager angebracht sind. Die Distanzscheibe kann zur Erhöhung der Biegsteifigkeit der Lageranordnung beitragen.
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In einem weiteren Ausführungsbeispiel ist die Trägerlanze mit einem Innenring der Lageranordnung verbunden.
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Die Trägerlanze kann gemäß eines weiteren Ausführungsbeispiels eine Aussparung zur Leitungsführung aufweisen. Die Aussparung kann beispielsweise durch eine Nut oder durch eine Bohrung ausgestaltet sein, durch die die Anschlüsse und/oder Leitungen herausgeführt werden.
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In einem weiteren Ausführungsbeispiel kann die Leistungsübertragungsanordnung eine Feder aufweisen, wobei die Feder an der Lageranordnung angebracht ist. Je nach Ausführungsform der Lageranordnung kann die Feder an einem axial linken oder an einem axial rechten Ende der Lageranordnung angebracht sein.
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In einem weiteren Ausführungsbeispiel weist die Leistungsübertragungsanordnung eine Hülse auf, die an der Lageranordnung angebracht ist. Die Hülse kann dabei beispielsweise die Lageranordnung zu dem Innendurchmesser der Rotorhohlwelle beabstanden. Weiterhin kann die Hülse so gestaltet sein, dass sie die Lageranordnung zu der Sekundäranordnung beabstandet. Dadurch können z.B. kleinere Lager eingesetzt werden, die sich besser für den Aufbau des Rotors oder die gewünschten Drehzahlen eignen. Weiterhin kann so die Montage der Leistungsübertragungsanordnung erleichtert werden. Weiterhin kann so eine weiter oben beschriebene, vormontierte Lagerpatrone erhalten werden, indem die vorgespannte Lageranordnung in die hier beschriebene Hülse eingepasst wird.
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Es kann beispielsweise die Trägerlanze in eine vormontierte Lagerpatrone eingesetzt werden, die die Hülse sowie die Kugellager umfasst. Die vormontierte Lagerpatrone kann zusammen mit dem Primärferritkern auf der Trägerlanze vormontiert sein. Dabei können die Innenringe gemäß eines Ausführungsbeispiels über eine Wellfeder als Lagerfeder zwischen einem Sicherungsring und einem der Innenringe gegeneinandergedrückt und damit in O-Anordnung elastisch angestellt, bzw. vorgespannt werden.
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In einer weiteren Ausführungsform ist die Trägerlanze mit der Primäranordnung und der Lageranordnung vormontiert. Dies kann beispielsweise auf eine oben beschriebene Art und Weise erfolgen.
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In einer weiteren Ausführungsform umfasst die Leistungsübertragungsanordnung weiterhin eine Sekundäranordnung und eine Gleichrichtereinheit. Die Sekundäranordnung kann die Sekundärseite des induktiven Übertragers bzw. der Leistungsübertragungsanordnung sein und kann eine Sekundärwicklung und einen Sekundärferrit umfassen. Die Sekundäranordnung kann zylinderförmig sein. Die Sekundäranordnung kann einen U-förmigen Querschnitt haben. Die Gleichrichtereinheit kann mit einer Schutzschaltung in Kontakt sein.
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In einem weiteren Aspekt stellt die vorliegende Erfindung Verfahren zur Montage einer Leistungsübertragungsanordnung umfassend:
- - Bereitstellen eines Lagerendes;
- - Bereitstellen der Hohlwelle;
- - Bereitstellen der Trägerlanze, wobei die Trägerlanze mit der Primäranordnung und der Lageranordnung verbunden ist;
- - Anbringen eines Sicherungsrings innerhalb des zylindrischen Teils der Hohlwelle;
- - Anbringen der Gleichrichtereinheit an den Sicherungsring
- - Anbringen der Sekundäranordnung an die Gleichrichtereinheit;
- - Anbringen der Feder an die Sekundäranordnung;
- - Anbringen der bereitgestellten Trägerlanze mit Primäranordnung und Lageranordnung an die Feder;
- - Anbringen eines Sicherungsrings an einem äußeren Ende des zylindrischen Teils der Hohlwelle; und
- - Fügen der Hohlwelle mit dem Lagerende, wobei ein Ende der Trägerlanze aus dem Lagerende herausragt.
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An Stelle eines Sicherungsrings kann an einem Innendurchmesser der Hohlwelle auch ein Absatz als axialer Abschlag vorhanden sein.
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Ein Lagerende ist beispielsweise ein nicht, bzw. noch nicht verfügtes Seitenteil der Rotorhohlwelle.
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In einem weiteren Aspekt stellt die vorliegende Erfindung eine Rotoranordnung, umfassend eine erfindungsgemäße Leistungsübertragungsanordnung dar.
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Durch die erfindungsgemäße Leistungsübertragungsanordnung können alle elektronischen Komponenten einer Rotoranordnung wie beispielsweise die Gleichrichtereinheit eines induktiv erregten Rotors sowie die Primäranordnung und die Sekundäranordnung des induktiven Übertragers in einem zylindrischen Teil der Rotorhohlwelle vormontiert werden, bevor die Rotorhohlwelle mit einem beispielsweise trichterförmigen Lagerende verfügt wird.
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Die Primäranordnung ist in dem zylindrischen Teil der Rotorhohlwelle durch die Lageranordnung spielfrei gelagert. In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann die Primäranordnung der Leistungsübertragungsanordnung als vormontiertes Bauteil vorliegen. Das vormontierte Bauteil kann dabei eine Trägerlanze umfassen, die mit der Primäranordnung sowie einer Lageranordnung verbunden ist.
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In einem weiteren Aspekt stellt die vorliegende Erfindung eine elektrische Maschine, umfassend die erfindungsgemäße Rotoranordnung. Die elektrische Maschine ist dabei beispielsweise eine fremderregte elektrische Maschine.
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Bei der Montage der Rotoranordnung im Gehäuse einer elektrischen Maschine kann die Trägerlanze, die mit der Primäranordnung verbunden ist, mit dem Gehäuse der elektrischen Maschine beispielsweise auf eine Art und Weise verbunden sein, dass eine definierte, tangentiale Relativbewegung der Trägerlanze erlaubt ist. Die erlaubte Relativbewegung liegt dabei bei maximal +/-2 Grad.
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Die erlaubte relative Drehbewegung der Trägerlanze gegenüber dem Gehäuse der elektrischen Maschine kann beispielsweise erreicht werden, indem die Trägerlanze am Gehäuseende nicht rund, sondern z.B. halbrund ist und das Gehäuse die entsprechende Negativkontur aufweist, durch die die Trägerlanze mit geringem Spiel fixiert ist. Durch das Zulassen eines geringen Spiels, kann eine statische Überbestimmtheit der Leistungsübertragungsanordnung vermieden werden.
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Da die erfindungsgemäße Leistungsübertragungsanordnung primärseitig (also ihre Primäranordnung) mittels der Lageranordnung in der Rotorwelle gelagert wird, ist es prinzipiell möglich, eine beliebige, aus dem Stand der Technik bekannte Kupplung für die Verbindung der Trägerlanze mit dem Maschinengehäuse zu verwenden, wobei die Kupplungsmethode einen Ausgleich von Achsversätzen, Winkelfehlern und axialen Bewegungen erlauben kann, um eine starre Kopplung mit dem Maschinengehäuse und damit eine statische Überbestimmtheit zu vermeiden.
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In einem Ausführungsbeispiel kann die Trägerlanze der Leistungsübertragungsanordnung in einem Potentialausgleich der elektrischen Maschine eingebunden sein. Weiterhin kann die Leistungsübertragungsanordnung beim Einbau in das Systemgehäuse einer elektrischen Maschine an der Verbindungsstelle zu dieser einen Dichtstoff, sowie die Einbindung in den Potentialausgleich aufweisen. Hierdurch kann beispielsweise ein Stromfluss in der Lageranordnung der Leistungsübertragungsanordnung des induktiven Erregers verhindert werden.
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In einem weiteren Aspekt umfasst die vorliegende Erfindung ein Fahrzeug, das die erfindungsgemäße elektrische Maschine aufweist.
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Durch eine erfindungsgemäße Rotoranordnung und dem hier vorgestellten Verfahren zur Montage der Leistungsübertragungsanordnung für eine Rotoranordnung für eine elektrische Maschine kann sichergestellt werden, dass die Primärseite sicher genug gehalten wird, als dass sie bei der Handhabung und den Fertigungsprozessen zwischen dem Einsetzen in die Rotorwelle und dem Einbau des Rotors ins Gehäuse nicht beschädigt wird, oder ein anderes Teil beschädigt.
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Weiterhin kann durch einen derart gestalteten Rotor und dessen Montagekonzept sichergestellt werden, dass die Primärseite des Übertragers im Betrieb gegenüber der Sekundärseite hinreichend genau positioniert ist.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nun beispielhaft und unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung beschrieben, in der:
- 1 schematisch eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Leistungsübertragungsanordnung;
- 2 schematisch eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Leistungsübertragungsanordnung;
- 3 schematisch eine erfindungsgemäße elektrische Maschine;
- 4 schematisch eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Leistungsübertragungsanordnung; und
- 5 ein Blockdiagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens zeigt.
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Bevor auf die Ausführungsbeispiele in den Figuren Bezug genommen wird, werden allgemeine Ausführungen zu der erfindungsgemäßen Leistungsübertragungsanordnung gemacht.
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Bei der induktiven Leistungsübertragung wie in der hierin beschriebenen Leistungsübertragungsanordnung wird ein von der Leistungselektronik bereitgestellter Wechselstrom berührungslos durch eine induktive (Strom-/Dreh-) Übertragungsvorrichtung übertragen. Eine derartige induktive Übertragungsvorrichtung kann ein (bspw. rotationssymmetrischer) Transformator sein, der eine Primäranordnung und eine Sekundäranordnung umfasst, wobei die Primäranordnung einen Primärferritkern mit dazugehörigen Primärwicklungen umfasst und die Sekundäranordnung einen Sekundärferritkern mit dazugehörigen Sekundärwicklungen. Die Primärwicklung (Spule) erzeugt ein magnetisches Feld, welches durch den /die Ferritkerne gebündelt wird. Der Primärferritkern und der Sekundärferritkern sind durch einen Luftspalt voneinander getrennt. In der Regel ist die Primäranordnung raumfest in der elektrischen Maschine angeordnet, bspw. am Gehäuse, und die Sekundäranordnung hingegen drehbar in, bspw. durch eine drehfeste Verbindung mit dem Rotor.
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Durch die induktive Übertragungsvorrichtung kann ein Wechselstrom von der Primärwicklung der Primäranordnung berührungslos zur Sekundärwicklung der Sekundäranordnung übertragen werden. Eine an der Sekundärwicklung angeschlossene Gleichrichterplatine greift den übertragenen Wechselstrom ab und wandelt diesen in Gleichstrom zum Bestromen der Rotorwicklung um.
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Üblicherweise umfasst die Leistungsübertragungseinheit eine Primäranordnung und eine Sekundäranordnung, die relativ zueinander verdrehbar sind. Sowohl die Primäranordnung und die Sekundäranordnung umfassen jeweils einen Ferrit und eine darum angeordnete Magnetspule. Bewährt hat sich dabei bislang ein Aufbau, bei dem die zylindrische Primäranordnung in axialer Richtung innerhalb der zylindrischen Sekundäranordnung ausgerichtet ist. Dazwischen sind die beiden Magnetspulen überlappend angeordnet. Die Primäranordnung ist fest mit dem Gehäuse verbunden und die Sekundäranordnung drehfest mit dem Rotor. Der in Umfangsrichtung verlaufende Luftspalt zwischen dem Ferrit der Primäranordnung und dem Ferrit der Sekundäranordnung bildet dabei die Übertragungsfläche und ist entscheidend für eine effiziente Leistungsübertragung.
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Der Luftspalt ist jeweils an den Endabschnitten ausgebildet und die überlappenden Spulen sind im mittleren Abschnitt angeordnet. Dabei sollte der Luftspalt in radialer Richtung möglichst gering sein, beispielsweise unter 1 mm. Jedoch ist der Luftspalt unter Einbezug von Toleranzen und Spiel nach unten hin begrenzt. Für einen bestmöglichen Wirkungsgrad müssen die Primäranordnung und die Sekundäranordnung in axialer Richtung möglichst exakt zueinander ausgerichtet sein.
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Zurückkehrend zu den Ausführungsformen der hier vorliegenden Erfindung ist in der 1 ist ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Leistungsübertragungsanordnung (10) dargestellt. Im zylindrischen Teil einer Rotorhohlwelle (11) wird an einem äußeren Ende ein Sicherungsring (12) angebracht. Eine Primäranordnung (1) ist mit einer Trägerlanze (3) verbunden. Die Verbindung kann dabei durch Verklemmen mit einer Mutter (5) geschehen. Die Trägerlanze (3) ist weiterhin mit einer Lageranordnung (4) verbunden. Die Lageranordnung in der 1 besteht aus zwei Kugellagern (4a, 4b), die eine vorgespannte O-Anordnung als Lagerbereich (6) für die Trägerlanze (3) bilden. In dem Lagerbereich (6) kann sich zwischen den Außenringen (41a, 41b) der Kugellager (4a, 4b) eine Distanzscheibe (7) befinden. Die Innenringe (42a, 42b) der Kugellager (4a, 4b) sind mit der Trägerlanze (3) drehfest verbunden, beispielsweise durch Verkleben.
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Die Außenringe (41a, 41b) der Kugellager (4a, 4b) können mit der Innenwand des zylindrischen Teils der Rotorhohlwelle (11) drehfest verbunden sein, beispielsweise durch Verkleben. Alternativ kann dies durch eine Presspassung zwischen den genannten Teilen erreicht werden.
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Die Verklebung der Komponenten des Lagerbereichs (6), insbesondere der Innenringe (42a, 42b) auf der Trägerlanze (3) kann unter Vorspannung geschehen, wodurch sich eine kompakte Gestaltung des Lagerbereichs ergeben kann, der gleichzeitig eine hohe Biegesteifigkeit aufweist. Alternativ können die Innenringe (42a, 42b) zwischen beispielsweise einem axialen Anschlag an der Trägerlanze (3) und einem Sicherungsring (26) mittels einer Lagerfeder (27) axial geklemmt und dabei mit der Federkraft als Vorspannung beaufschlagt werden.
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Die Leistungsübertragungsanordnung (10) der 1 weist weiterhin eine Feder (8) auf, welche zwischen dem zweiten Kugellager (4b) und der Sekundäranordnung (2) angebracht ist. Die Feder (8) befindet sich dabei zwischen dem Außenring (41b) des Kugellagers (4b) und dem Sekundärferrit (2a) der Sekundäranordnung (2). Die Feder (8) ist beispielsweise dazu eingerichtet, Bauteiltoleranzen in axialer Richtung auszugleichen. Auf die Sekundäranordnung (2) folgt in dem Ausführungsbeispiel der 1 eine Gleichrichtereinheit (9). Mittels eines weiteren Sicherungsrings (12) werden die in der Ausführungsform der 1 beschriebenen Komponenten der Leistungsübertragungsanordnung (10) im zylindrischen Teil der Rotorhohlwelle (11) fixiert.
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In der 1 ist an der Trägerlanze (3) weiterhin eine Bohrung (13) abgebildet, mit welcher die Trägerlanze (3) zur Leitungsführung versehen ist.
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Die Ausführungsform der in der 2 abgebildeten Leistungsübertragungsanordnung (10) ist zusätzlich zu der in der 1 abgebildeten Ausführungsform mit einem Lagerende (14) der Rotorhohlwelle verbunden. Die Verbindung kann eine Schweißverbindung sein.
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Die Trägerlanze (3) in der 2 ist so gestaltet, dass sie aus dem Lagerende (14) herausragt. Das herausragende Ende der Trägerlanze (3) ist zum Schutz vor Beschädigung bei weiteren Fertigungsschritten mit einer Schutzkappe (15) versehen, die in das Innere des Lagerendes (14) hineinragen kann. Es gibt auch nicht gezeigte Ausführungsformen, bei denen die Schutzkappe (15) über das Ende des Lagerendes (14) ragt.
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In der 3 ist eine erfindungsgemäße elektrische Maschine (20) abgebildet, in welcher die Leistungsübertragungsanordnung (10) verbaut ist. Der zylindrische Teil der Rotorhohlwelle (11) ist von einem Stator (16) und dem statorseitigen Blechpaket mit Wicklung (17) umgeben. Die Rotoranordnung mit der Leistungsübertragungsanordnung (10) ist im Gehäuse (18) der elektrischen Maschine (20) durch das Rotorlager (19) gelagert. Das Gehäuse (18) der elektrischen Maschine (20) weist eine Öffnung (21) auf, durch die die Trägerlanze (3) geführt wird. Die Öffnung (21) kann dabei eine Negativkontur der Trägerlanze (3) sein. Die Trägerlanze (3) kann dabei eine halbrunde Form aufweisen. Die Öffnung ist mit einer Dichtung (22) versehen. Das Gehäuse (18) weist eine Leitungsöffnung (23) auf, durch die die Leitungen der Leistungsübertragungsanordnung (10) geführt werden. Die Trägerlanze (3) und das Gehäuse (18) sind in einen Potentialausgleich (24) eingebunden.
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In der 4 ist eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Leistungsübertragungsanordnung (10) abgebildet. Hier ist die Primäranordnung (1) zusammen mit der Lageranordnung (4) an der Trägerlanze (3) vormontiert, bevor diese in der Rotorhohlwelle (11) montiert wird. Dabei ist an der Lageranordnung (4) eine Hülse (25) angebracht, die beispielsweise mit den Außenringen (41a, 41b) der Lageranordnung verklebt ist. Auf der Seite der Lageranordnung (4), auf der sich die Primäranordnung befindet, weist die Hülse (25) einen Vorsprung auf, der den Außenring (41b) teilweise umschließt. So kann zur Beabstandung und zum Toleranzausgleich der Lageranordnung (4) zum Sekundärferrit (2b) auf die Feder (8) verzichtet werden.
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In der hier gezeigten Ausführungsform ist an der Trägerlanze weiterhin ein Sicherungsring (26) angebracht. Zwischen dem Sicherungsring (26) und dem Innenring (42a) ist eine Lagerfeder (27) zum Toleranzausgleich und zur elastischen Anstellung der beiden Lager in O-Anordnung angebracht.
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Wird die in der 4 gezeigte Leistungsübertragungsanordnung (10) in eine Rotorhohlwelle (11) verbaut, so befindet sich die Feder (8) auf der Seite des Lagerendes (14) an der Lageranordnung (4) (nicht gezeigt).
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In der 5 ist das erfindungsgemäße Verfahren zur Montage der Leistungsübertragungsanordnung (10) in Form eines Blockdiagramms dargestellt.
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Das erfindungsgemäße Verfahren kann dadurch gekennzeichnet sein, dass alle Komponenten der Leistungsübertragungsanordnung in dem zylindrischen Teil der Hohlwelle (11) montiert werden, bevor dieser mit einem Lagerende (14) verfügt wird.
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In dem erfindungsgemäßen Verfahren wird im Schritt S1 zunächst die Trägerlanze (3) mit der Primäranordnung (1) und der Lageranordnung (4) verbunden. In einem weiteren Schritt S2 wird eine Rotorhohlwelle (11) bzw. deren zylindrischer Teil bereitgestellt. In diese wird an einem inneren zentralen Abschnitt ein Sicherungsring (12) montiert (S3). An den Sicherungsring (12) wird die Gleichrichtereinheit angebracht, bevor im Verfahrensschritt S4 die Sekundäranordnung (2) in die Hohlwelle eingesetzt wird. Die Trägerlanze (3) aus Verfahrensschritt S1 wird an der Sekundäranordnung (2) angebracht (S5), wobei eine Feder (8) an die Lageranordnung (4) angebracht wird, beispielsweise zwischen der Lageranordnung (4) und der Sekundäranordnung um die Primäranordnung vor dem Verschlagen mit der Sekundäranordnung (2) zu schützen, bzw. diese mit Bauraumtoleranz von der Lageranordnung zu beabstanden. Im Verfahrensschritt S6 werden mit einem weiteren Sicherungsring (12) die Komponenten in der Rotorhohlwelle (11) an einem äußeren Ende des zylindrischen Teils befestigt. Im Verfahrensschritt S8 wird die Rotorhohlwelle aus dem Verfahrensschritt S6 mit dem in S7 bereitgestellten Lagerende (14) verfügt, z.B. durch Schweißen.
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Bezugszeichen
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- 1
- Primäranordnung
- 2
- Sekundäranordnung
- 2a
- Sekundärferrit
- 3
- Trägerlanze
- 4
- Lageranordnung
- 4a, 4b
- Kugellager
- 5
- Mutter
- 6
- Lagerbereich
- 7
- Distanzscheibe
- 8
- Feder
- 9
- Gleichrichtereinheit
- 10
- Leistungsübertragungsanordnung
- 11
- Rotorhohlwelle (zylindrischer Teil)
- 12
- Sicherungsring
- 13
- Nut
- 14
- Lagerende
- 15
- Schutzkappe
- 16
- Stator
- 17
- statorseitiges Blechpaket mit Wicklung
- 18
- Gehäuse
- 19
- Rotorlager
- 20
- elektrische Maschine
- 21
- Öffnung
- 22
- Dichtung
- 23
- Leitungsöffnung
- 24
- Potentialausgleich
- 25
- Hülse
- 26
- Sicherungsring
- 27
- Lagerfeder
- 41a, 41b
- Außenring Kugellager
- 42a, 42b
- Innenring Kugellager