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1. (WO2018224066) METHOD AND DEVICE FOR INDUCTIVELY HEATING A STATOR OR ARMATURE OF AN ELECTRIC MACHINE
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Patentansprüche

1. Verfahren zum induktiven Erwärmen und Warmhaltens eines Stators (2) oder Ankers (3) einer Elektromaschine, insbesondere vor und während einer Träufelimprägnierung desselben, dadurch gekennzeichnet, dass das induktive Erwärmen mittels elektromagnetischer Felder unterschiedlicher Frequenz erfolgt.

2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die elektromagnetischen Felder unterschiedlicher Frequenz gleichzeitig oder zeitlich nacheinander auf den Stator (2) oder Anker (3) einwirken.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die elektromagnetischen Felder unterschiedlicher Frequenz auf unterschiedliche axiale Bereiche des Stators (2) oder Ankers (3) einwirken.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass elektromagnetischen Felder in einem Mittelfrequenzbereich zwischen 8 kHz und 60 kHz und im Hochfrequenzbereich zwischen 61 kHz und 500 kHz genutzt werden, einschließlich der Bereichsgrenzen, und dass die Schwingungsfrequenz des jeweiligen elektromagnetischen Feldes auf die radiale und induktiv erwärmend wirksame Eindringtiefe desselben im Stator (2) oder Anker (3) abgestimmt ist.

5. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auf den Stator (2) oder Anker (3) wenigstens ein erstes elektromagnetisches Feld einwirkt, welches hauptsächlich zur induktiven Erwärmung seiner eisenhaltigen Bauteilen (4) führt, und dass auf den Stator (2) oder Anker (3) wenigstens ein zweites elektromagnetisches Feld mit einer hauptsächlich zur induktiven Erwärmung seiner kupferhaltigen Bauteilen (5) abgestimmten Frequenz einwirkt.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein mitte Ifrequentes elektromagnetisches Feld auf einen axial mittleren Abschnitt des Stators (2) oder Ankers (3) einwirkt, in dem ein Blechpaket (4) desselben als eisenhaltiges Bauteil angeordnet ist, und dass auf die beiden axialen Enden des Stators (2) oder Ankers (3), dort wo Wicklungsköpfe (5a, 5b) desselben als kupferhaltiges Bauteil freiliegen, jeweils ein hochfrequentes elektromagnetisches Feld auf den Stator (2) oder Anker (3) einwirkt.

7. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die elektromagnetischen Felder unterschiedlicher Frequenz koaxial oder parallel zur Längsachse (5, 6) des Stators (2) oder Ankers (3) hin und her bewegt werden.

8. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Stator (2) oder Anker (3) während des Einwirkens der elektromagnetischen Felder unterschiedlicher Frequenz auf diesen um dessen Längsachse (6, 7) gedreht wird.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die elektromagnetischen Felder unterschiedlicher Frequenz von einem einzigen Frequenzgenerator (13) zeitlich nacheinander erzeugt und den Stator (2) oder Anker (3) induktiv erwärmend angewandt werden.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Frequenzgeneratoren (16a, 16b) jeweils ein elektromagnetisches Feld erzeugen, wobei diese elektromagnetischen Felder mit unterschiedlichen Frequenzen schwingen, und dass diese unterschiedlich frequenten elektromagnetischen Felder auf den Stator (2) oder Anker (3), diesen induktiv erwärmend, einwirken.

1 1 . Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die elektromagnetischen Felder unterschiedlicher Frequenz zumindest hinsichtlich derer axialer Ausdehnung konzentriert werden.

12. Verfahren nach Anspruch 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das mittelfrequente elektromagnetische Feld auf denjenigen Bereich des Stators (2) oder Ankers (3) konzentriert wird, in dem dessen eisenhaltiges Blechpaket (4) angeordnet ist, und dass die hochfrequenten elektromagnetischen Felder auf die beiden axialen Enden des Stators (2) oder Ankers (3) konzentriert werden, wo dieser seine kupferhaltigen Wicklungsköpfe (5a, 5b) aufweist.

13. Verfahren nach Anspruch 1 1 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass das mittelfrequente elektromagnetische Feld nach radial innen konzentriert wird, und dass die beiden hochfrequenten elektromagnetischen Felder nach radial innen sowie nach axial außen konzentriert werden.

14. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das mittelfrequente elektromagnetische Feld gegen die beiden hochfrequenten Wechselfelder abgeschirmt wird.

15. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass axial benachbart wirksame elektromagnetische Felder unterschiedlicher Frequenz derart aufeinander abgestimmt werden, dass mittels destruktiver Interferenz oder konstruktiver Interferenz eine Abschirmung der elektromagnetischen Felder zueinander oder eine Verstärkung der benachbarten elektromagnetischen Felder im Interferenzbereich erreicht wird.

16. Verfahren nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass zur Abschirmung vorhandenen Abschirmelemente (32, 33, 34, 35) mit einem Kühlfluid gekühlt werden.

17. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem Stator (2) elektromagnetische Felder gleicher oder unterschiedlicher Fre- quenz von radial innen und/oder von radial außen auf diesen einwirken, um dessen Bauteile induktiv zu erwärmen.

18. Erwärmungsvorrichtung (1 a, 1 b, 1 c, 1d) zum induktiven Erwärmen und Warmhalten eines Stators (2) oder Ankers (3) einer Elektromaschine, insbesondere vor und während einer Träufelimprägnierung desselben, aufweisend wenigstens einen elektromagnetischen Induktor (8; 18, 21 , 24; 70, 80), welcher koaxial oder achsparallel in Bezug zur Längsachse (5, 6) des Stators (2) oder Ankers (3) angeordnet ist und mittels dem dieser induktiv erwärmbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Induktor (8) oder die mehreren Induktoren (18, 21 , 24; 70, 80) zur Erzeugung von wenigstens zwei elektromagnetischen Feldern unterschiedlicher Frequenz ausgebildet sind.

19. Erwärmungsvorrichtung (1 a) nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass der einzige Induktor (8) koaxial oder achsparallel und radial innerhalb des Stators (2) oder koaxial oder achsparallel und radial außerhalb des Ankers (3) angeordnet ist, dass dieser einzige Induktor (8) über die gesamte axiale Länge des Stators (2) oder Ankers (3) hin und her beweglich angeordnet ist, und dass mit diesem einzigen Induktor (8) im Bereich der beiden axialen Enden (5a, 5b) des Stators (2) oder Ankers (3) jeweils ein elektromagnetisches Feld erzeugbar ist, welche sich hinsichtlich der Schwingungsfrequenz von einem zwischen diesen beiden Enden (5a, 5b) wirksamen elektromagnetischen Feldes unterscheiden.

20. Erwärmungsvorrichtung (1 a) nach Anspruch 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, dass mittels des einzigen Induktors (8) im Bereich der axialen Enden (5a, 5b) des Stators (2) oder Ankers (3) ein hochfrequentes elektromagnetisches Feld und in dem dazwischen liegenden mittleren Bereich ein mittelfrequentes elektromagnetisches Feld erzeugbar ist.

21. Erwärmungsvorrichtung (1 a) nach einem der Ansprüche 18 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass der einzige Induktor (8) von einem einzigen Frequenzgenerator (13) wechselweise oder gleichzeitig mit einer mittelfrequenten oder einer hochfrequenten elektrischen Spannung versorgbar ist.

22. Erwärmungsvorrichtung (1 b) nach einem der Ansprüche 18 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass der einzige Induktor (8) wechselweise oder gleichzeitig von einem Mittelfrequenzgenerator (16a) mit einer mittelfrequenten elektrischen Spannung oder von einem Hochfrequenzgenerator (16b) mit einer hochfrequenten elektrischen Spannung versorgbar ist.

23. Erwärmungsvorrichtung ( c; 1d) nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass diese drei axial beweglich angeordnete Induktoren (18, 21 , 24; 70, 80) aufweist, welche axiale Abschnitte des Stators (2) oder Ankers (3) koaxial oder achsparallel umgeben, dass ein mittlerer Induktor (18) über einem mittleren Axialabschnitt des Stators (2) oder Ankers (3) angeordnet ist, in welchem ein eisenhaltiges Blechpaket (4) des Stators (2) oder Ankers (3) angeordnet ist, dass zwei axial endseitige Induktoren (21 , 24) im Bereich der beiden axialen Enden des Stators (2) oder Ankers (3) angeordnet sind, in welchen kupferhaltige Wicklungsköpfe (5a, 5b) des Stators (2) oder Ankers (3) angeordnet sind, dass mit dem mittleren Induktor (18) ein mittel-frequentes elektromagnetisches Feld erzeugbar ist, und dass mit den beiden axial endseitigen Induktoren (21 , 24) jeweils ein hochfrequentes elektromagnetisches Feld erzeugbar ist.

24. Erwärmungsvorrichtung (1 c; 1 d) nach einem der Ansprüche 18 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass der jeweilige Induktor (8; 18, 21 , 24; 70, 80) einen ringförmigen oder wendeiförmigen Spulenkörper (45, 46, 47; 49; 74, 76; 84, 86) sowie einen zweiteiligen Radialsteg (9; 26, 27, 28; 71 , 72; 81 , 82) aufweist, dass die jeweiligen Radialstege (9; 26, 27, 28; 71 , 72; 81 , 82) spulenkörperfern jeweils mit einem Koppelstück (29, 30, 30) verbunden sind, und dass diese Koppelstücke (29, 30, 30) jeweils zumindest mittelbar mit einem zugeordneten Axialaktuator (1 1 ; 17, 20, 23) ver- bunden sind, mittels dem der Induktor (8; 18, 21 , 24; 70, 80) samt den Radialstegen (9; 26, 27, 28; 71 , 72; 81 , 82) koaxial oder parallel zur Längsachse (6, 7) des Stators (2) oder Ankers (3) hin und her bewegbar ist.

25. Erwärmungsvorrichtung (1 c; 1d) nach einem der Ansprüche 23 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass die Radialstege (26, 27, 28; 71 , 72; 81 , 82) von drei Induktoren (18, 21 , 24; 70, 80) um 120° in Bezug zur Längsachse (6, 7) des Stators (2) oder Ankers (3) versetzt zueinander ausgerichtet sind.

26. Erwärmungsvorrichtung (1 c; 1d) nach einem der Ansprüche 23 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Spulenkörper (45, 46, 47; 76; 86) von wenigstens einem Induktor (18, 21 , 24; 70, 80) radial außen ein Feldkonzentrator (36, 37, 38; 78; 88) angeordnet ist, der aus wenigstens einem eisenhaltigen Körper besteht.

27. Erwärmungsvorrichtung (1 c; 1 d) nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, dass der an dem Spulenkörper (45) des axial mittleren Induktors (18) befestigte Feldkonzentrator (36) derartig aufgebaut und angeordnet ist, dass mittels diesem das mittelfrequente elektromagnetische Feld nach radial innen konzentriert wird.

28. Erwärmungsvorrichtung (1 c; 1d) nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, dass die an dem jeweiligen Spulenkörper (45, 46, 47; 76; 86) der beiden axial end-seitigen Induktoren (21 , 24; 70, 80) befestigten Feldkonzentratoren (37, 38; 78, 88) derartig aufgebaut und angeordnet sind, dass durch diese das hochfrequente elektromagnetische Feld nach radial innen und axial außen konzentriert wird.

29. Erwärmungsvorrichtung (1 c; 1d) nach einem der Ansprüche 23 bis 28, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils im Bereich der axial endseitigen Kanten des Blechpakets (4) ein Feldabschirmbauteil (32, 33; 34, 35) angeordnet ist, welche diese Kanten vor einer zu starken Einkopplung des hochfrequenten elektromagnetischen Feldes und somit vor einer zu starken Erwärmung schützen.

30. Erwärmungsvorrichtung (1 c, 1d) nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, dass die Feldabschirmbauteile (32, 33; 34, 35) aus Kupfer bestehen und mittels eines durch diese hindurchleitbaren Fluids aktiv kühlbar sind.

31. Erwärmungsvorrichtung (1 c, 1d) nach einem der Ansprüche 23 bis 30, dadurch gekennzeichnet, dass die Feldkonzentratoren (37, 38; 78, 88) und die Feldabschirmbauteile (32, 33; 34, 35) derart ausgebildet und angeordnet sind, dass mittels diesen konstruktive und/oder destruktive Interferenzen der elektromagnetischen Felder erzeugbar sind, welche die Erwärmungsleistung an den Axialabschnitten des Stators oder Ankers eisenspezifisch (Blechpaket) und/oder kupferspezifisch (Wicklung) optimieren.

32. Erwärmungsvorrichtung (1 c, 1d) nach Anspruch 29 bis 31 , dadurch gekennzeichnet, dass die Feldabschirmbauteile (32, 33; 34, 35) axial unbeweglich sowie koaxial über dem Stator (2) oder dem Anker (3) angeordnet sind.

33. Erwärmungsvorrichtung (1 a; 1 b, 1 c, 1d) nach einem der Ansprüche 23 bis 32, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Induktor (8; 18, 21 , 24; 70, 80) über einen Koaxialtransformator (56, 57, 58; 59; 60) mit dem zugeordneten Frequenzgenerator (13; 16a, 16b; 19, 22, 25) elektrisch verbunden ist.

34. Erwärmungsvorrichtung (1a; 1 b, 1 c, 1d) nach einem der Ansprüche 23 bis 33, dadurch gekennzeichnet, dass das Stellglied (10) eines Axialaktuators (1 1 ) über einen Koaxialtransformator (59) mit dem wenigstens einen Radialsteg (9) eines Induktors (8) verbunden ist (Verbindungselement (90)).

35. Erwärmungsvorrichtung (1 c, 1d) nach einem der Ansprüche 23 bis 33, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Anordnung mit mehreren Induktoren (18, 21 , 24) in der Vorrichtung (1 c) im Leitungsbereich zwischen dem Mittelfrequenzinduktor (18) und dem zugeordneten Mittelfrequenzgenerator (19) ein elektrotechnisches Entstö-

rungsmittel (48) angeordnet oder ausgebildet sind, mittels dem elektronische Bauteile des Mittelfrequenzgenerator (19) schützbar sind.

36. Erwärmungsvorrichtung (1d) nach einem der Ansprüche 23 bis 35, dadurch gekennzeichnet, dass zwei axial endseitig an einem Stator (2) wirksame Induktoren als Doppelinduktoren (70, 80) ausgebildet sind, dass diese Doppelinduktoren (70, 80) jeweils zwei zueinander radial versetzt angeordnete, ringförmige oder wendeiförmige Spulenkörper (74, 76; 84, 86) aufweisen, an die jeweils eine mittelfrequente oder hochfrequente elektrische Spannung anlegbar ist, von denen der radial innere Spulenkörper (74, 84) hinsichtlich seiner Abmessungen so ausgebildet ist, dass dieser in dem zylindrischen Hohlraum (65) des Stators (2) angeordnet sowie berührungsfrei axial hin und her bewegt werden kann, und von denen der radial äußere Spulenkörper (76, 86) hinsichtlich seiner Abmessungen so ausgebildet ist, dass dieser radial über dem Stator (2) berührungsfrei axial hin und her bewegt werden kann.

37. Erwärmungsvorrichtung (1d) nach Anspruch 36, dadurch gekennzeichnet, dass an der radialen Außenseite des radial äußeren Spulenkörpers (76, 86) eines Doppelinduktors (70, 80) ein äußerer Feldkonzentrator (78, 88) angeordnet ist, welcher ein elektromagnetisches Feld nach radial innen sowie axial außen konzentriert, und dass an der radialen Innenseite des radial inneren Spulenkörpers (74, 84) ein innerer Feldkonzentrator (77, 87) angeordnet ist, welcher ein elektromagnetisches Feld nach radial sowie axial außen konzentriert.

38. Erwärmungsvorrichtung (1d) nach Anspruch 36 oder 37, dadurch gekennzeichnet, dass durch den radial inneren Spulenkörper (74) eines Doppelinduktors (70) ein Bauteil (79) einer Halte- und Antriebsvorrichtung führbar ist, mittels dem der Stator (2) um seine Längsachse (6) drehbar festhaltbar ist.

39. Erwärmungsvorrichtung (1d) nach einem der Ansprüche 36 bis 38, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden ringförmigen oder wendeiförmigen Spulenkörper (74, 76; 84, 86) des Doppelinduktors (70, 80) in dem gleichen Axialabschnitt oder axial zueinander versetzt angeordnet sind.

40. Erwärmungsvorrichtung (1d) nach einem der Ansprüche 36 bis 39, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden axial endseitigen Doppelinduktoren (70, 80) derartig ausgebildet sind, dass deren radial innere Spulenkörper (74; 84) axial näher an einem dazwischen angeordneten mittleren Induktor (18) angeordnet sind als die jeweiligen radial äußeren Spulenkörper (76, 86).

41 . Imprägniervorrichtung (50), aufweisend

- ein Gestell (51 ), in dem ein Stator (2) oder Anker (3) einer Elektromaschine um seine Längsachse (6, 7) drehbar gelagert aufgenommen werden kann,

- eine Zuführeinrichtung (52) zur Zuführung eines flüssigen und unter erhöhter Wärmeeinwirkung aushärtenden Kunstharzes (55) hin zu wenigstens einem axialen Ende (5a, 5b) des Stators (2) oder Ankers (3),

und eine Vorrichtung zur Erwärmung des Stators (2) oder Ankers (3),

dadurch gekennzeichnet, dass die Erwärmungsvorrichtung (1 a, 1 b, 1c) wenigstens einen elektromagnetischen Induktor (8; 18, 21 , 24) aufweist, welcher koaxial oder achsparallel zum Stator (2) oder Anker (3) angeordnet ist, und dass der wenigstens eine Induktor (8) oder die mehreren Induktoren (18, 21 , 24) zur Erzeugung von wenigstens zwei elektromagnetischen Feldern unterschiedlicher Frequenz ausgebildet sind.

42. Imprägniervorrichtung (50) mit den Merkmalen des Anspruchs 40 sowie mit Merkmalen von wenigstens einem der Ansprüche 18 bis 39.