DE102016224070A1

DE102016224070A1 - DISK RUNNING ENGINE WITH GROOVES

Info

Publication number: DE102016224070A1
Application number: DE102016224070.6A
Authority: DE
Inventors: Holger Sedlak
Original assignee: Efficient Energy GmbH
Current assignee: VERTIV SRL, IT
Priority date: 2016-12-02
Filing date: 2016-12-02
Publication date: 2018-06-07
Also published as: WO2018099973A1

Abstract

Ein Scheibenläufermotor umfasst einen Rotor (10) mit einem Permanentmagnetbereich (12); einen Stator (20) mit einem Spulenträger (20a), der eine Mehrzahl von Polfüßen (20b) aufweist, wobei um jeden Polfuß (20b) eine Spule (22) gewickelt ist, und wobei jeder Polfuß einen Stirnbereich (20c) hat, der über einen Motorspalt (30) dem Permanentmagnetbereich (12) gegenüberliegt, wobei in einem Polfuß (20b) eine Nut (24) angebracht ist, die den Polfuß (20b) in einen ersten Abschnitt (21) und in einen zweiten Abschnitt (23) unterteilt, wobei der Permanentmagnetbereich (12) einen ersten Permanentmagnet (11) und einen von dem ersten Permanentmagneten (11) separaten zweiten Permanentmagnet (13) aufweist, die so zueinander angeordnet sind, dass bei einer Betriebsposition des Rotors der erste Permanentmagnet dem ersten Abschnitt des Polfußes (20b) gegenüberliegt und der zweite Permanentmagnet dem zweiten Abschnitt des Polfußes (20b) gegenüberliegt.A pancake motor comprises a rotor (10) having a permanent magnet region (12); a stator (20) having a coil carrier (20a) having a plurality of pole feet (20b), a coil (22) being wound around each pole leg (20b), and each pole leg having an end portion (20c) over a motor gap (30) facing the permanent magnet region (12), wherein in a pole leg (20b) a groove (24) is mounted which divides the pole leg (20b) into a first section (21) and a second section (23), wherein the permanent magnet region (12) has a first permanent magnet (11) and a second permanent magnet (13) separate from the first permanent magnet (11), which are arranged relative to one another such that, in an operating position of the rotor, the first permanent magnet is the first section of the pole leg ( 20b) and the second permanent magnet is opposed to the second portion of the pole leg (20b).

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Elektromotoren und insbesondere auf Scheibenläufermotoren.The present invention relates to electric motors, and more particularly to pancake motors.

Die EP 2 549 113 A2 offenbart einen magnetischen Rotor und eine Rotationspumpe mit einem magnetischen Rotor. Der Rotor ist zum Fördern eines Fluids in einem Pumpengehäuse innerhalb eines Stators der Rotationspumpe magnetisch berührungslos antreibbar und lagerbar. Außerdem ist der Rotor mittels einer äußeren Verkapselung, die einen fluorierten Kohlenwasserstoff aufweist, gekapselt. Innerhalb der Verkapselung umfasst der Rotor einen von einem Metallmantel ummantelten Permanentmagneten. Die Rotationspumpe umfasst ein Pumpengehäuse mit einem Einlass zum Zuführen eines Fluids und einem Auslass zum Abführen des Fluids. Das Fluid ist zum Beispiel eine chemisch aggressive Säure mit einem Anteil eines Gases, z. B. Schwefelsäure mit Ozon. Zur Förderung des Fluids ist im Pumpengehäuse ein magnetischer Rotor berührungslos magnetisch gelagert. Der Rotor ist ferner mit einem magnetischen Antrieb versehen, der elektrische Spulen aufweist. Der Stator ist mit geblechtem Eisen ausgebildet, das mit dem Permanentmagneten des Rotors in magnetischer Wirkverbindung steht. Der Antrieb ist als lagerloser Motor ausgebildet, bei dem der Stator gleichzeitig als Lagerstator und Antriebsstator ausgestaltet ist. Der Rotor ist als Scheibenläufer ausgebildet, wobei die axiale Höhe des Rotors kleiner oder gleich einem halben Durchmesser des Rotors ist.The EP 2 549 113 A2 discloses a magnetic rotor and a rotary pump with a magnetic rotor. The rotor is for driving a fluid in a pump housing within a stator of the rotary pump magnetically non-contact drivable and storable. In addition, the rotor is encapsulated by means of an outer encapsulation comprising a fluorinated hydrocarbon. Within the encapsulation, the rotor comprises a permanent magnet encased in a metal jacket. The rotary pump includes a pump housing having an inlet for supplying a fluid and an outlet for discharging the fluid. The fluid is, for example, a chemically aggressive acid with a proportion of a gas, e.g. As sulfuric acid with ozone. To convey the fluid, a magnetic rotor is magnetically non-contact in the pump housing. The rotor is further provided with a magnetic drive having electric coils. The stator is formed with laminated iron, which is in magnetic operative connection with the permanent magnet of the rotor. The drive is designed as a bearingless motor in which the stator is designed as a bearing stator and drive stator at the same time. The rotor is designed as a pancake, wherein the axial height of the rotor is less than or equal to half the diameter of the rotor.

Die Dissertation ETH Nr. 12870, „Der lagerlose Scheibenmotor“, N. Barletta, 1998 , offenbart magnetgelagerte Scheibenmotoren. Magnetlager arbeiten vollständig berührungs-, verschleiß-, wartungs- und schmiermittelfrei. Zur aktiven Stabilisierung eines Freiheitsgrades werden zwei regelbare Elektromagnete inklusive elektronischer Ansteuerung benötigt. Der lagerlose Scheibenmotor wird innerhalb einer lagerlosen Blutpumpe als lagerloser Scheibenmotor mit aktivem Axiallager, als Miniatur-Scheibenmotor, oder als lagerloser Bioreaktor eingesetzt. Durch eine Kombination von passiven Reluktanzmagnetlagern und lagerlosem Motor ist es möglich, einen Scheibenrotor mit nur zwei aktiv stabilisierten radialen Freiheitsgraden vollständig zu lagern. Anforderungen nach einem großen Luftspalt, welcher in hermetischen Systemen nötig ist, werden durch die Wahl eines lagerlosen permanentmagnetisch erregten Synchronmotors erfüllt. Ein lagerloser Scheibenmotor, der zum Antrieb einer Axialpumpe zur Herzunterstützung geeignet ist, ist für Drehzahlen von 30.000 Umdrehungen pro Minute ausgelegt, was zu einer kleineren Baugröße führt.The dissertation ETH No. 12870, "The bearingless disk motor", N. Barletta, 1998 , discloses magnetically supported disc motors. Magnetic bearings work completely free from contact, wear, maintenance and lubricant. For the active stabilization of a degree of freedom, two controllable electromagnets including electronic control are required. The bearingless disc motor is used within a bearingless blood pump as a bearingless disc motor with active axial bearing, as a miniature disc motor, or as a bearingless bioreactor. By a combination of passive reluctance magnetic bearings and bearingless motor, it is possible to completely support a disc rotor with only two actively stabilized radial degrees of freedom. Requirements for a large air gap, which is necessary in hermetic systems, are met by the choice of a bearingless permanent magnetically excited synchronous motor. A bearingless disc motor suitable for driving an axial pump for cardiac assist is designed for speeds of 30,000 revolutions per minute, resulting in a smaller size.

Kommerzielle elektrische Scheibenmotoren sind auch unter der Bezeichnung „Pan Cake-Motor“ („Pfannkuchenmotor“) bekannt. Das in den beiden vorhergehenden Referenzen dargestellte Motorkonzept zeichnet sich dadurch aus, dass sich der Stator um den Rotor herum erstreckt. Solche Motoren werden auch als Innenläufer bezeichnet.Commercial electric disc motors are also known by the name "Pan Cake Motor" ("pancake motor"). The engine concept illustrated in the two preceding references is characterized in that the stator extends around the rotor. Such engines are also referred to as internal rotor.

Bei dem Innenläuferkonzept existiert die Problematik, dass der Stator immer größer als der Rotor sein muss, dass also die Größe und die Ausbildung des Rotors immer durch das Statorgehäuse begrenzt ist bzw. dass der Rotor die Ausbildung des Stators dominiert. Damit ist das Einsatzgebiet eines solchen Scheibenmotors, der als Innenläufer ausgebildet ist, begrenzt.In the case of the internal rotor concept, there is the problem that the stator always has to be larger than the rotor, that is, the size and design of the rotor is always limited by the stator housing or that the rotor dominates the formation of the stator. Thus, the field of application of such a disc motor, which is designed as an internal rotor, limited.

Darüber hinaus ist bei Scheibenmotoren grundsätzlich die Problematik vorhanden, dass der Rotor, unabhängig davon, ob er als Innenläufer oder Außenläufer konzipiert ist, Druckdifferenzen bzw. Drücken in bestimmten Richtungen ausgesetzt ist. Diese Drücke führen dazu, dass ein Lager in der Richtung des Drucks, der auf den Rotor wirkt, belastet wird, und damit ein Verschleiß erhöht wird, bzw. dass dann, wenn eine Auslenkung des Rotors erlaubt wird, der Rotor in dieser Richtung ausgelenkt wird und damit Spielräume für diese Auslenkung bereitgestellt werden müssen. Insbesondere dann, wenn die Pumpe eingesetzt wird, um ein Medium von einem Druckgebiet mit einem ersten Druck auf ein Druckgebiet mit einem zweiten Druck zu pumpen, bzw. um überhaupt eine solche Druckdifferenz zu erzeugen, müssen aufwändige konstruktive Maßnahmen getroffen werden, um entweder eine geforderte Verschleißfestigkeit zu erreichen, oder um einen Spielraum für eine auftretende Auslenkung bereitzustellen.In addition, disk motors generally have the problem that the rotor, regardless of whether it is designed as an internal rotor or external rotor, pressure differences or pressures in certain directions is exposed. These pressures cause a bearing to be loaded in the direction of pressure acting on the rotor, thus increasing wear, or, if rotor deflection is allowed, the rotor is deflected in that direction and thus leeway for this deflection must be provided. In particular, when the pump is used to pump a medium from a pressure area at a first pressure to a pressure area at a second pressure, or to generate such a pressure difference at all, complex design measures must be taken to either a required To achieve wear resistance, or to provide a margin for an occurring deflection.

All dies führt dazu, dass der konstruktive Aufwand des Scheibenmotors zunimmt, und damit auch die Fehleranfälligkeit zunimmt, während gleichzeitig das Einsatzgebiet eingeschränkt wird.All this means that the design effort of the disc motor increases, and thus the susceptibility to errors increases, while the application is limited.

Ein wesentlicher Aspekt bei Scheibenläufermotoren ist die Tatsache, dass die Scheibenläufermotoren in radialer Richtung bezüglich einer Drehung des Rotors instabil sind, also aktiv geregelt werden müssen. Andererseits sind die Scheibenläufermotoren in axialer Richtung bezüglich der Drehachse des Rotors stabil. Für die axiale Stabilität muss daher keine aktive Regelung vorgesehen werden, was den Aufbau des gesamten Motors, der insbesondere ein magnetgelagerter berührungsloser Motor sein kann, vereinfacht.An essential aspect of pancake motors is the fact that the pancake motors in the radial direction are unstable with respect to a rotation of the rotor, so must be actively controlled. On the other hand, the pancake motors are stable in the axial direction with respect to the axis of rotation of the rotor. For the axial stability, therefore, no active control must be provided, which simplifies the structure of the entire engine, which may be in particular a magnetically bearing non-contact motor.

Es hat sich jedoch gezeigt, dass dann, wenn der Scheibenläufermotor einem Druckgefälle ausgesetzt wird, wenn also Kräfte auf den Rotor wirken, die axiale Steifigkeit zu gering werden kann bzw. die vorgesehene Reserve an axialer Steifigkeit nicht mehr gewährleistet werden kann. Dies führt dazu, dass Motoren erheblich größer ausgeführt werden müssen oder dass für solche Anwendungen vom Motor in Form eines magnetgelagerten berührungslosen Motors weggegangen werden muss und auf konventionelle Lager zurückgegriffen werden muss.However, it has been shown that when the pancake motor is subjected to a pressure gradient, so if forces act on the rotor, the axial stiffness can be too low or the proposed reserve of axial rigidity can not be guaranteed. As a result, engines have to be made considerably larger or that for such applications the motor in the form of a magnetic bearing non-contact motor must be left and must resort to conventional bearings.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein verbessertes Scheibenläufermotorkonzept zu schaffen.The object of the present invention is to provide an improved disk rotor motor concept.

Diese Aufgabe wird durch einen Scheibenläufermotor nach Patentanspruch 1, eine Wärmepumpe nach Patentanspruch 20 oder ein Verfahren zum Herstellen eines Scheibenläufermotors nach Patentanspruch 22 gelöst.This object is achieved by a pancake motor according to claim 1, a heat pump according to claim 20 or a method for producing a pancake motor according to claim 22.

Die vorliegende Erfindung basiert auf der Erkenntnis, dass eine axiale Steifigkeit eines Scheibenläufermotors dadurch gesteigert werden kann, dass der Stator und insbesondere die Stirnseiten der Polfüße des Stators mit jeweils einer Nut versehen werden. Der Nut gegenüber befindet sich in einem Betrieb des Scheibenläufermotors ein Trennbereich zwischen einem oberen bzw. ersten Permanentmagnet und einem unteren bzw. zweiten Permanentmagnet. Damit wird erreicht, dass die magnetischen Feldlinien nicht nur in gewisser Weise die Oberkante des Polfußes und die Unterkante des Polfußes „sehen“, sondern zusätzlich zwei weitere Kanten, nämlich die Oberkante und die Unterkante der zusätzlichen Nut. Damit wird die axiale Steifigkeit des elektrischen Scheibenläufermotors verbessert. Insbesondere wird damit, ohne dass die Aufbauhöhe bzw. das gesamte Volumen des Scheibenläufermotors deutlich vergrößert werden, ein stark verbessertes Verhalten im Hinblick auf die axiale Steifigkeit erreicht.The present invention is based on the recognition that an axial rigidity of a pancake motor can be increased by providing the stator and in particular the end faces of the pole feet of the stator with a respective groove. Opposite the groove, in an operation of the pancake motor, there is a separation region between an upper or first permanent magnet and a lower or second permanent magnet. This ensures that the magnetic field lines not only "see" the top edge of the pole leg and the bottom edge of the pole leg in a certain way, but additionally two further edges, namely the top edge and the bottom edge of the additional groove. This improves the axial rigidity of the electric disk motor. In particular, a significantly improved axial stiffness behavior is thus achieved without significantly increasing the structural height or the entire volume of the pancake motor.

Vorzugsweise sind die beiden Permanentmagnete im Permanentmagnetbereich, die einem Polfuß in seinem oberen bzw. ersten Abschnitt bezüglich der Nut und dem unteren bzw. zweiten Abschnitt der Nut gegenüberliegen, identisch polarisiert, dahin gehend, dass die Seite des Permanentmagneten, die zu der Stirnseite eines mit einer Nut versehenen Polfußes gerichtet ist, für beide Magnete den Südpol oder alternativ den Nordpol aufweist. Preferably, the two permanent magnets in the permanent magnet region, which are a Polfußfuß in its upper or first portion relative to the groove and the lower and second portion of the groove, polarized identically polarized, going that the side of the permanent magnet to the front side of a a pole provided with a groove is directed, for both magnets, the south pole or alternatively the north pole.

Bei bevorzugten Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung hat der Spulenträger wenigstens vier, vorzugsweise jedoch sechs, acht, zehn oder zwölf Polfüße, die symmetrisch bezüglich einer Symmetrieachse des Stators angeordnet sind, wobei diese Symmetrieachse des Stators mit der Drehachse des Motors identisch oder zu der Drehachse des Motors parallel ist. Darüber hinaus ist die Nut in jedem Polfuß angeordnet, so dass jede Nut in einem Polfuß auf einer Umfangslinie des Stators angeordnet ist, die zu einer oberen bzw. ersten Kante oder einer unteren bzw. zweiten Kante des Spulenkörpers parallel ist.In preferred embodiments of the present invention, the bobbin has at least four, but preferably six, eight, ten or twelve pole feet arranged symmetrically with respect to an axis of symmetry of the stator, this axis of symmetry of the stator being identical to the axis of rotation of the motor or to the axis of rotation of the motor is parallel. Moreover, the groove is disposed in each pole leg so that each groove is disposed in a pole leg on a circumferential line of the stator parallel to an upper edge or a lower edge of the bobbin.

Bei speziellen Ausführungsbeispielen hat der Stator 2 N Polfüße, wobei N größer als 2 ist. Ferner hat der Permanentmagnetbereich des Rotors wenigstens N Permanentmagnetabschnitte und höchstens 2 N Permanentmagnetabschnitte, wobei jeder Permanentmagnetabschnitt sowohl einen oberen Permanentmagnet als auch einen unteren Permanentmagnet aufweist, wobei in einem Permanentmagnetabschnitt beide Permanentmagnete im oberen und im unteren Abschnitt gleich polarisiert sind, währen die Permanentmagnete in zueinander benachbarten Permanentmagnetabschnitten alternierend polarisiert sind.In specific embodiments, the stator has 2 N pole feet, where N is greater than 2. Furthermore, the permanent magnet region of the rotor has at least N permanent magnet sections and at most 2 N permanent magnet sections, each permanent magnet section having both an upper permanent magnet and a lower permanent magnet, wherein in a permanent magnet section both permanent magnets in the upper and in the lower section are equally polarized, the permanent magnets being in each other adjacent permanent magnet sections are polarized alternately.

Vorzugsweise hat die Nut eine Tiefe, die mindestens so groß ist wie der Motorspalt. Darüber hinaus wird es bevorzugt, dass die Nut eine Höhe hat, die größer als die Tiefe der Nut ist.Preferably, the groove has a depth which is at least as large as the motor gap. Moreover, it is preferred that the groove has a height which is greater than the depth of the groove.

Bei einem Ausführungsbeispiel ist der Stator innerhalb des Rotors angeordnet, so dass der Scheibenläufermotor als Außenläufer fungiert, so dass sich die Polfüße mit den Nuten außen an dem Stator erstrecken und die Permanentmagnete des Permanentmagnetbereichs an einer Innenwand des Rotors angebracht sind.In one embodiment, the stator is disposed within the rotor such that the pancake motor functions as an outer rotor so that the pole legs with the grooves extend outwardly on the stator and the permanent magnets of the permanent magnet region are mounted on an inner wall of the rotor.

Je nach Implementierung können in einem Polfuß auch mehr als eine Nut angeordnet sein, beispielsweise zwei oder drei Nuten, so dass sich drei oder vier Abschnitte des Polfußes ergeben, denen eine entsprechende Anzahl von gleich polarisierten Permanentmagneten in einer Betriebsposition des Scheibenläufermotors gegenüber angeordnet sind.Depending on the implementation, more than one groove can be arranged in a pole foot, for example two or three grooves, so that three or four sections of the pole foot result, to which a corresponding number of identically polarized permanent magnets are arranged in an operating position of the pancake motor.

Die Nuten sind, je nach Implementierung, symmetrisch angeordnet. Wenn ein Polfuß eine einzige Nut aufweist, so ist diese Nut vorzugsweise in der Mitte des Polfußes angeordnet. Wenn ein Polfuß zwei Nuten aufweist, so sind diese beiden Nuten so im Polfuß angeordnet, dass sich drei im Wesentlichen gleich große Abschnitte des Polfußes ergeben. Sind vier Nuten angeordnet, so sind diese derart angeordnet, dass sie im Wesentlichen fünf gleich große Bereiche des Polfußes ergeben.The grooves are arranged symmetrically depending on the implementation. If a pole foot has a single groove, this groove is preferably arranged in the middle of the pole foot. If a pole leg has two grooves, then these two grooves are arranged in the pole leg, resulting in three substantially equal sections of the pole foot. If four grooves are arranged, these are arranged so that they result in substantially five equal areas of the pole foot.

Bei bevorzugten Ausführungsbeispielen ist der Rotor radial bezüglich der Drehachse aktiv magnetgelagert, während der Rotor axial bezüglich der Drehachse des Rotors magnetisch passiv gelagert ist. Bei speziellen Ausführungsbeispielen hat der Rotor an einem Innenbereich eine Ausnehmung und ist in dieser Ausnehmung die Mehrzahl von Permanentmagneten angeordnet. Darüber hinaus ist ein ringförmiges magnetisches Rückschlusselement vorgesehen, das die Permanentmagnete umgibt, so dass die Permanentmagnete zwischen dem Rückschlusselement und dem Motorspalt angeordnet sind. Bei weiteren Ausführungsbeispielen ist um das Rückschlusselement ferner eine Bandage auf der Seite des Rückschlusselements angebracht, die von den Permanentmagneten abgewandt ist.In preferred embodiments, the rotor is actively magnetically supported radially with respect to the axis of rotation, while the rotor is axially magnetically passive with respect to the axis of rotation of the rotor. In specific embodiments, the rotor has a recess on an inner region and the plurality of permanent magnets is arranged in this recess. In addition, an annular magnetic return element is provided which surrounds the permanent magnets, so that the permanent magnets between the return element and the motor gap are arranged. In further embodiments, around the return element further comprises a bandage on the side of Return element attached, which faces away from the permanent magnet.

Vorzugsweise ist der Rotor mit einem zu bewegenden Element einstückig oder mehrstückig verbunden. Das zu bewegende Element ist ein Radialrad mit Schaufeln, wobei die Schaufeln ausgebildet sind, um bei einer Drehung des Radialrads Gas bzw. Wasserdampf von einem Gebiet mit niedrigerem Druck, beispielsweise aus einem Verdampfer, in ein Gebiet mit einem höheren Druck, beispielsweise in einen Verflüssiger, zu fördern.Preferably, the rotor is connected in one piece or in several pieces with an element to be moved. The element to be moved is a radial wheel with vanes, the vanes being designed to move gas or water vapor from a region of lower pressure, for example from an evaporator, into a region of higher pressure, for example into a condenser, as the radial wheel rotates , to promote.

Bei bestimmten Ausführungsformen ist der Scheibenläufermotor so dimensioniert, dass der Motorspalt kleiner als 1,4 mm ist, oder dass der Durchmesser des Stators zwischen 3 cm und 7 cm ist, oder dass die Höhe des Stators kleiner als 4 cm ist, oder dass der Scheibenläufermotor ausgebildet ist, um bei einer Drehzahl größer als 50.000 Umdrehungen pro Minute zu laufen.In certain embodiments, the pancake motor is dimensioned such that the motor gap is less than 1.4 mm, or that the diameter of the stator is between 3 cm and 7 cm, or that the height of the stator is less than 4 cm, or that the pancake motor is designed to run at a speed greater than 50,000 revolutions per minute.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend Bezug nehmend auf die beiliegenden Zeichnungen detailliert erläutert. Es zeigen:

1a eine Draufsicht auf einen Scheibenläufermotor mit einem Stator und einem Rotor mit einem Permanentmagnetbereich;
1b eine Schnittansicht eines Scheibenläufermotors mit einem Stator und einem Rotor;
2a eine Schnittansicht eines Polfußes mit aufgewickelter Spule;
2b eine vergrößerte Detailansicht des Motorspalts und des Polfußes mit Nut und der gegenüberliegenden Permanentmagnete gleicher Polarität;
2c eine Aufsichtdarstellung eines Stators mit Polfüßen und aufgewickelten Spulen;
3 eine Schnittdarstellung eines Ausführungsbeispiels mit mehr als einer Nut und Rückschlusselement und Bandageelement;
4 eine perspektivische Darstellung eines Spulenträgers mit Polfüßen, Nut und Spulenwickelbereichen;
5 eine schematische Darstellung eines Magnetlagers am Beispiel eines Innenläufers mit Nut am außenliegenden Stator und Permanentmagneten am innenliegenden Rotor; und
6 einen schematischen Querschnitt durch eine Wärmepumpe mit einem Scheibenläufermotor gemäß Ausführungsbeispielen der Erfindung.

Preferred embodiments of the present invention will be explained below in detail with reference to the accompanying drawings. Show it:

1a a plan view of a pancake motor with a stator and a rotor having a permanent magnet region;
1b a sectional view of a pancake motor with a stator and a rotor;
2a a sectional view of a Polfußes with wound coil;
2 B an enlarged detail view of the motor gap and the Polfußes with groove and the opposite permanent magnets of the same polarity;
2c a top view of a stator with pole feet and wound coils;
3 a sectional view of an embodiment with more than one groove and return element and bandage element;
4 a perspective view of a bobbin with pole feet, groove and coil winding areas;
5 a schematic representation of a magnetic bearing on the example of an internal rotor with a groove on the outer stator and permanent magnets on the inner rotor; and
6 a schematic cross section through a heat pump with a pancake motor according to embodiments of the invention.

1a zeigt eine schematische Draufsicht auf einen Scheibenläufermotor gemäß der vorliegenden Erfindung. 1b zeigt einen schematischen Querschnitt durch den Scheibenläufermotor. 1a shows a schematic plan view of a pancake motor according to the present invention. 1b shows a schematic cross section through the pancake motor.

Der Scheibenläufermotor gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung umfasst einen Rotor 10 mit einem Permanentmagnetbereich 12. Die Permanentmagnete sind, wie es in 1a gezeigt ist, in dem Permanentmagnetbereich 12 angeordnet. Jeder Permanentmagnetbereich 12 umfasst einen Permanentmagnetabschnitt, von denen jeder in 1a mit N, S in der Draufsicht gekennzeichnet ist. N und S stehen ferner für die Polarisierung der Permanentmagnete in einem Permanentmagnetabschnitt, wobei N für den Nordpol des Permanentmagneten und S für den Südpol des Permanentmagneten steht.The pancake motor according to an embodiment of the present invention comprises a rotor 10 with a permanent magnet region 12 , The permanent magnets are as it is in 1a is shown in the permanent magnet region 12 arranged. Every permanent magnet area 12 comprises a permanent magnet section, each of which in 1a with N, S in plan view. N and S also stand for the polarization of the permanent magnets in a permanent magnet section, where N stands for the north pole of the permanent magnet and S stands for the south pole of the permanent magnet.

Der Scheibenläufermotor umfasst ferner einen Stator 20 mit einem Spulenträger 20a, der eine Mehrzahl von Polfüßen 20b aufweist. In dem Beispiel in 1a ist ein Spulenträger mit einer Anzahl von acht Polfüßen gezeigt, die symmetrisch bezüglich der Mittelachse 20e angeordnet sind.The pancake motor further comprises a stator 20 with a coil carrier 20a which has a majority of pole feet 20b having. In the example in 1a there is shown a bobbin having a number of eight pole feet arranged symmetrically with respect to the central axis 20e.

Bei dem Scheibenläufermotor gemäß der vorliegenden Erfindung ist um jeden Polfuß 20b eine Spule 22 gewickelt, wie es z. B. im schematischen Querschnitt von 2a zu sehen ist. Ferner umfasst jeder Polfuß 20b einen Stirnbereich 20c, der wiederum in 1a zu sehen ist, der über den Motorspalt 30 dem Permanentmagnetbereich 12 gegenüberliegt.The pancake motor according to the present invention is around each pole leg 20b a coil 22 wrapped, as z. B. in the schematic cross section of 2a you can see. Furthermore, each pole foot includes 20b a forehead area 20c who is in turn 1a you can see it over the engine gap 30 the permanent magnet region 12 opposite.

Wie es beispielsweise deutlich in 2a, aber auch in anderen Fig. zu sehen ist, ist in jedem Polfuß 20b eine Nut 24 angebracht, die sich tangential zu einer beabsichtigten Drehrichtung des Rotors 10 erstreckt. Darüber hinaus ist diese Nut 24 so angeordnet, dass sie den Polfuß 20b in einen oberen Abschnitt 21 und einen unteren Abschnitt 23 unterteilt, wie es in 2b oder 1b gezeigt ist. Ferner hat der Permanentmagnetbereich 12 einen oberen Permanentmagnet 11 und einen vom oberen Permanentmagneten 11 separaten unteren Permanentmagnetbereich 13, die so zueinander angeordnet sind, dass bei einer Betriebsposition des Rotors in einem Betrieb des Scheibenläufermotors der obere Permanentmagnet 11 dem oberen Abschnitt 21 des Polfußes 20b gegenüberliegt und der untere Permanentmagnet 13 dem unteren Abschnitt 23 des Polfußes 20b gegenüberliegt. Dies ist beispielsweise aus den 1b, 2b oder aber auch aus 3 ersichtlich.As it is clearly evident in 2a , but also in other figures can be seen, is in each pole foot 20b a groove 24 attached tangent to an intended direction of rotation of the rotor 10 extends. In addition, this groove 24 arranged so that they the pole foot 20b in an upper section 21 and a lower section 23 divided as it is in 2 B or 1b is shown. Furthermore, the permanent magnet region has 12 an upper permanent magnet 11 and a lower permanent magnet region separated from the upper permanent magnet 11 13 which are arranged to each other that at an operating position of the rotor in an operation of the pancake motor, the upper permanent magnet 11 the upper section 21 of the pole foot 20b opposite and the lower permanent magnet 13 the lower section 23 of the pole foot 20b opposite. This is for example from the 1b . 2 B or else 3 seen.

1b zeigt ferner eine Dimensionierung als Vorschrift für einen Scheibenläufermotor. Insbesondere umfasst der Stator einen Durchmesser D und umfasst der Stator bzw. der Spulenträger 20a eine Höhe h. Diese Höhe entspricht auch der Höhe der Permanentmagneten 11, 13 in einem Permanentmagnetabschnitt. Vorzugsweise ist der Durchmesser des Scheibenläufermotors, also die Größe D größer als h und insbesondere größer als 2h, so dass sich ein flacher Rotor bzw. ein flacher Stator ergeben. Insbesondere bei einem Außenläufer, bei dem der Stator innen und der Rotor außen angeordnet ist, ergibt sich eine flache Statorform, während bei einem Innenläufer, wie er beispielhaft in 5 dargestellt ist, der Rotor innen läuft und der Stator außen angeordnet ist, so dass dort der Durchmesser und die Höhe auf den Rotor anstatt auf den Stator bezogen sind. 1b also shows a dimensioning as a rule for a pancake motor. In particular, the stator comprises a diameter D and comprises the stator or the coil carrier 20a a height h. This height also corresponds to the height of the permanent magnets 11 . 13 in a permanent magnet section. Preferably, the diameter of the pancake motor, so the size D is larger as h and in particular greater than 2h, resulting in a flat rotor or a flat stator. Particularly in the case of an external rotor, in which the stator is arranged on the inside and the rotor on the outside, the result is a flat stator shape, while in the case of an internal rotor, as exemplified in FIG 5 is shown, the rotor is running inside and the stator is arranged externally, so that there the diameter and the height are based on the rotor instead of the stator.

2a zeigt einen Polfuß in detaillierterer Darstellung, wobei insbesondere die Spule 22 über den Polfuß 20b gewickelt ist, der die Nut 24 aufweist. 2b zeigt eine detailliertere Darstellung des Rotors 10 und des Stators 20, zwischen denen der Motorspalt 30 ausgebildet ist, der eine Länge s aufweist. Ferner ist die Nut 24 im Polfuß 20b gezeigt, die den Polfuß in den oberen Abschnitt 21 und den unteren Abschnitt 23 aufteilt. Die Nut hat eine Nuthöhe h_s. Ferner hat die Nut eine Nuttiefe I. Dem oberen Abschnitt 21 des Polfußes 20b liegt der erste Permanentmagnet 11 gegenüber, und dem unteren Abschnitt 23 des Polfußes 20b liegt der zweite Permanentmagnet 13 gegenüber. Die Dicke der Permanentmagneten wird je nach Implementierung eingestellt. Die Permanentmagneten sind jedoch vorzugsweise voneinander separat und insbesondere identisch polarisiert, so dass in einem Permanentmagnetabschnitt, der in 2b gezeigt ist, beide Permanentmagneten z. B. den Südpol am Motorspalt und den Nordpol an einem Rückschlusselement 40 haben oder alternativ den Nordpol am Motorspalt 30 und den Südpol am Rückschlusselement 40 haben. 2a shows a Polfuß in more detail, in particular the coil 22 over the pole foot 20b is wound, the groove 24 having. 2 B shows a more detailed representation of the rotor 10 and the stator 20 between which the engine gap 30 is formed, which has a length s. Furthermore, the groove 24 in the pole foot 20b shown the pole foot in the upper section 21 and the lower section 23 divides. The groove has a groove height h _s . Furthermore, the groove has a groove depth I. The upper section 21 of the pole foot 20b is the first permanent magnet 11 opposite, and the lower section 23 of the pole foot 20b is the second permanent magnet 13 across from. The thickness of the permanent magnets is adjusted depending on the implementation. However, the permanent magnets are preferably separate from each other and in particular identically polarized, so that in a permanent magnet section, which in 2 B is shown, both permanent magnets z. B. the south pole at the motor gap and the north pole on a return element 40 or alternatively the north pole at the motor gap 30 and the south pole at the return element 40 to have.

Bei bevorzugten Ausführungsbeispielen ist die Nuthöhe h_s größer oder gleich dem Motorspalt und vorzugsweise größer oder gleich dem Doppelten des Motorspalts. Darüber hinaus wird es ferner für die Dimensionierung der Nut bevorzugt, dass die Nuttiefe I größer oder gleich der Nuthöhe h ist.In preferred embodiments, the groove height h _{s is} greater than or equal to the motor gap and preferably greater than or equal to twice the motor gap. Moreover, it is further preferred for the dimensioning of the groove that the groove depth I is greater than or equal to the groove height h.

2c zeigt eine Draufsicht auf einen Spulenträger 20a mit beispielhaft gezeichneten drei Polfüßen 20b, zwischen denen Spulen angeordnet sind, wobei jede Spule um einen eigenen Polfuß gewickelt ist. 2c shows a plan view of a bobbin 20a with exemplified drawn three pole feet 20b , between which coils are arranged, each coil being wound around its own pole leg.

4 zeigt eine perspektivische Ansicht des Spulenträgers 20a von 2b. Insbesondere ist die Nut 24 als umlaufende Nut in den Stirnseiten 20c der Polfüße 20b dargestellt. Darüber hinaus sind die Polfüße 20b dadurch definiert, dass zwischen den Polfüßen die Spulenwicklungsbereiche 20d angeordnet sind, in denen bei dem in 2c gezeigten Ausführungsbeispiel bereits die Spulen 22 gewickelt sind. 4 shows a perspective view of the bobbin 20a from 2 B , In particular, the groove 24 as a circumferential groove in the end faces 20c the pole feet 20b shown. In addition, the pole feet 20b defined by the coil winding areas between the pole feet 20d are arranged, in which in. In 2c embodiment shown already the coils 22 are wound.

Darüber hinaus zeigt die perspektivische Ausführung von 4 die Symmetrieachse des Stators, die mit 20e bezeichnet ist und auch eine Drehachse des Rotors, der um den Stator in 4 herum angeordnet ist, darstellt.In addition, the perspective design of 4 the axis of symmetry of the stator, which is denoted by 20e and also a rotation axis of the rotor, which surrounds the stator in 4 is arranged around.

Während bei den in 1a, 1b, 2c, 4 ein Außenläufer gezeigt ist, zeigt 5 eine Implementierung der vorliegenden Erfindung mit der Nut in den jeweiligen Polfüßen als Innenläufer. Dort ist der Stator 20 außen gebildet und ist der Rotor 10 innen gebildet. Insbesondere umfasst der Stator 20 wieder zwei Polfüße 20b bei der in 5 gezeigten Schnittansicht. Selbstverständlich werden vorzugsweise 2 N Polfüße vorhanden sein, die radial symmetrisch angeordnet sind, wobei N ≥ 2 ist. In jedem Polfuß 20b ist eine Nut 24 angeordnet, die den jeweiligen Polfuß wieder in den oberen Abschnitt 21 und den unteren Abschnitt 23 aufteilt. Dem oberen Abschnitt liegt ein erster Permanentmagnet 11 gegenüber und dem unteren Abschnitt liegt ein zweiter Permanentmagnet 13 gegenüber, wobei diese beiden Permanentmagnete voneinander getrennt sind. Im Unterschied zu 1a oder 1b beispielsweise ist der Rotor 10 nunmehr jedoch innerhalb des Stators angeordnet. Das magnetische Rückschlusselement wird durch den unteren Verbindungsbereich des Stators gebildet, der ferromagnetisch ausgeführt ist und auch die beiden Polfüße 20b konstruktiv verbindet. Andere Ausführungen bezüglich des Rückschlusselements bei dem außenliegenden Stator sind ebenfalls bekannt.While at the in 1a . 1b . 2c . 4 an external rotor is shown 5 an implementation of the present invention with the groove in the respective pole feet as internal rotor. There is the stator 20 formed outside and is the rotor 10 formed inside. In particular, the stator comprises 20 again two pole feet 20b at the in 5 shown sectional view. Of course, there will preferably be 2N pole feet arranged radially symmetrically, where N≥2. In every pole foot 20b is a groove 24 arranged the respective pole foot back in the upper section 21 and the lower portion 23 divides. The upper section is a first permanent magnet 11 opposite and the lower portion is a second permanent magnet 13 opposite, with these two permanent magnets are separated from each other. In contrast to 1a or 1b for example, the rotor 10 but now located within the stator. The magnetic return element is formed by the lower connection region of the stator, which is made ferromagnetic and also the two pole feet 20b constructively connects. Other embodiments with respect to the return element in the outer stator are also known.

3 zeigt eine alternative Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, bei der nicht nur eine Nut 24 vorhanden ist, sondern bei der zwei Nuten vorhanden sind, die den Polfuß 20b des Stators nunmehr in drei Abschnitte unterteilen. Zusätzlich zu dem oberen Abschnitt 21 und den unteren Abschnitt 23 gibt es noch einen weiteren Abschnitt 25, der einem weiteren Permanentmagneten 15 gegenüberliegt, der wieder vorzugsweise gleich den Permanentmagneten 11, 13 polarisiert ist. Beispielhaft ist in 3 gezeigt, dass alle drei Permanentmagnete in einem Permanentmagnetabschnitt so polarisiert sind, dass die jeweiligen Nordpole zum Motorspalt 30 hin gerichtet sind. 3 shows an alternative embodiment of the present invention, in which not only a groove 24 is present, but in which two grooves are present, which now divide the pole leg 20b of the stator into three sections. In addition to the upper section 21 and the lower section 23 there is another section 25 , which is another permanent magnet 15 opposite, again preferably equal to the permanent magnet 11 . 13 is polarized. Exemplary is in 3 shown that all three permanent magnets are polarized in a permanent magnet section so that the respective north poles to the motor gap 30 are directed towards.

Darüber hinaus zeigt 3 wieder das magnetische Rückschlusselement 40 und eine zusätzliche Bandage, die besonders dann nützlich ist, wenn der Rotor bei Drehzahlen betrieben wird, die oberhalb von 50.000 Umdrehungen pro Minute ist, wie es insbesondere bei einer Anwendung des Rotors innerhalb einer Wärmepumpe, die mit Wasser als Arbeitsmedium betrieben wird, nötig ist.In addition, shows 3 again the magnetic return element 40 and an additional bandage, which is particularly useful when the rotor is operated at speeds above 50,000 revolutions per minute, as is necessary especially in an application of the rotor within a heat pump, which is operated with water as a working medium ,

3 zeigt ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, bei dem die Nutanzahl größer als 1 ist. 3 zeigt beispielhaft zwei Nuten, wobei jedoch auch mehr als zwei Nuten, wie beispielsweise drei oder vier Nuten eingesetzt werden können, je nach Bauform und benötigter axialer Stabilität und vorgegebenen Volumenanforderungen für den Scheibenläufermotor. 3 shows an embodiment of the present invention, in which the number of grooves is greater than 1. 3 shows by way of example two grooves, but also more than two grooves, such as three or four grooves can be used, depending on the design and required axial stability and predetermined volume requirements for the pancake motor.

Erfindungsgemäß wird durch die zusätzliche wenigstens eine Nut erreicht, dass die axiale Steifigkeit eines Reluktanzlagers, also eines Magnetlagers erhöht wird. Insbesondere wird dies dadurch erreicht, weil durch die Nut zwei zusätzliche Kanten erreicht werden, die aufgrund der gegenüberliegenden Permanentmagnete zu einer entsprechenden Führung bzw. Konzentration von Magnetfeldlinien führen. Durch die beiden zusätzlichen Kanten, die durch die Nut im Polfuß erreicht werden, wird die axiale Steifigkeit des Lagers vergrößert. Die Vergrößerung der axialen Steifigkeit des Lagers könnte auch durch eine Vergrößerung des Durchmessers D, wie er beispielsweise in 1b gezeigt ist, erreicht werden. Die Vergrößerung des Durchmessers scheitert jedoch bei bestimmten Implementierungen an äußeren Gegebenheiten, also an dem verfügbaren Volumen und würde ferner zu einer vergrößerten Verlustleistung führen. Typischerweise ist der Spulenträger des Stators aus einem Eisenblechpaket ausgebildet. Ein Eisenblechpaket, das speziell für Statoren von Motoren vorgesehen ist, hat zwar bereits relativ geringe ohmsche Verluste aufgrund von Wärmeströmen. Dennoch führt ein vergrößertes Volumen an Eisenblechpaket auch zu einer größeren Verlustleistung und damit zu einer höheren Wärme, die wiederum aufwändig abzuführen ist. Die Nut stellt dagegen sicher, dass bei gleicher Abwärme bzw. Verlustleistung die axiale Steifigkeit des Reluktanzlagers erhöht wird. Obgleich die Nut, wie sie in den Fig. gezeigt ist, teilweise im Stator ausgebildet ist, könnte die Nut auch durch den Spulenträger des Stators hindurchgehen bzw. sich wesentlich tiefer als sie in den Fig. dargestellt ist in den Spulenträger hinein erstrecken. Die Nut sollte mindestens so tief wie hoch sein, und die Nut sollte eine Tiefe haben, die wenigstens größer ist als der Motorspalt.According to the invention, the additional at least one groove ensures that the axial rigidity of a reluctance bearing, that is to say of a magnetic bearing, is increased. In particular, this is achieved because two additional edges are achieved by the groove, which lead due to the opposite permanent magnets to a corresponding leadership or concentration of magnetic field lines. The two additional edges, which are achieved by the groove in the pole foot, the axial stiffness of the bearing is increased. The increase in the axial stiffness of the bearing could also by an increase in the diameter D, as he, for example, in 1b shown to be achieved. The increase in diameter, however, fails in certain implementations to external conditions, ie the available volume and would also lead to an increased power loss. Typically, the coil support of the stator is formed from a sheet iron package. An iron sheet package, which is specially designed for stators of engines, although already has relatively low ohmic losses due to heat fluxes. Nevertheless, an increased volume of iron sheet package also leads to a greater power loss and thus to a higher heat, which in turn is consuming to dissipate. On the other hand, the groove ensures that the axial stiffness of the reluctance bearing is increased with the same waste heat or power loss. Although the groove, as shown in the figures, is partially formed in the stator, the groove could also pass through the coil support of the stator or extend substantially deeper than that shown in the figure into the coil support. The groove should be at least as deep as high, and the groove should have a depth that is at least greater than the engine gap.

Vorzugsweis wird der Rotor bezüglich des Stators durch ein Magnetlager gelagert, wie es beispielhaft in 5 dargestellt ist. In 5 sind die beiden Richtungen axial 250 und radial 260 eingezeichnet. Es existiert wiederum ein Motor mit einem Motorspalt 30 und der Rotor wird bezüglich des Stators aufgrund der Permanentmagnete aufseiten des Rotors und der elektrischen Spulen auf der Seite des Stators axial gehalten und nicht speziell geregelt. Ferner sind in 5 wieder die Nut 24 im entsprechenden Polfuß 20b eingezeichnet und die gegenüberliegenden Permanentmagnete 11, 13. Ferner ist in 5 ein radiale Erfassungseinrichtung 270 sowie eine Radial-Steuerung-Regelungseinrichtung 280 vorgesehen. Die radiale Erfassungseinrichtung 270 erfasst die Position des Rotors bezüglich des Stators bzw. umgekehrt über Erfassungsleitungen 271. Das Ergebnis der radialen Erfassung wird über eine Sensorleitung 272 der Radial-Steuerung/Regelungseinrichtung 280 mitgeteilt. Diese erzeugt entsprechend die Aktorsignale über Aktorsignalleitungen 273 an dem Rotor bzw. dem Stator je nach Implementierung. Es wird jedoch bevorzugt, lediglich den Rotor anzusteuern, um ihn bezüglich des Stators aufgrund des Aktorsignals zu positionieren, derart, dass der Motorspalt 40 um den kompletten Rotor herum eine ähnliche Größe hat und der Rotor den Stator nicht berührt.Preferably, the rotor is supported relative to the stator by a magnetic bearing, as exemplified in US Pat 5 is shown. In 5 the two directions are shown axially 250 and 260 radially. There is again a motor with a motor gap 30 and the rotor is held axially with respect to the stator due to the permanent magnets on the side of the rotor and the electrical coils on the side of the stator and not specifically regulated. Furthermore, in 5 again the groove 24 in the corresponding pole foot 20b drawn and the opposite permanent magnets 11 . 13 , Furthermore, in 5 a radial detection device 270 and a radial control controller 280 are provided. The radial detection device 270 detects the position of the rotor with respect to the stator or vice versa via detection lines 271 , The result of the radial detection is via a sensor line 272 the radial control / regulation device 280 communicated. This generates correspondingly the actuator signals via Aktorsignalleitungen 273 on the rotor or the stator depending on the implementation. However, it is preferred to drive only the rotor to position it relative to the stator due to the actuator signal, such that the motor gap 40 around the entire rotor has a similar size and the rotor does not touch the stator.

Bei dem in 5 gezeigten Ausführungsbeispiel ist der Rotor 10 innen und ist der Stator 20 außen angeordnet. Dabei handelt es sich somit um einen Innenläufer im Gegensatz zu beispielsweise 1a. Die entsprechende Steuerung/Regelung durch die Elemente 270, 280, 271, 272, 273 kann jedoch genauso auch bei einem Außenläufer stattfinden. Prinzipiell ist jedoch die Magnetlagerung am Beispiel des in 5 gezeigten Reluktanzlagers in beiden Fällen dahin gehend ähnlich, dass eine axiale Regelung nicht stattfindet, während eine radiale Regelung durch die radiale Erfassungseinrichtung 270 und die Radial-Steuerung/Regelungseinrichtung 280 stattfindet.At the in 5 embodiment shown is the rotor 10 inside and the stator 20 is arranged outside. This is thus an internal rotor in contrast to, for example 1a , The appropriate control / regulation by the elements 270 However, 280, 271, 272, 273 may as well take place in an external rotor. In principle, however, the magnetic bearing on the example of in 5 In both cases, the reluctance bearing shown similar in that an axial control does not take place, while a radial control by the radial detection means 270 and the radial controller 280 takes place.

6 zeigt eine bevorzugte Anwendung des Scheibenläufermotors an dem Beispiel einer Wärmepumpe. Die Wärmepumpe umfasst einen Verdampfer 300, einen Kompressor 400 und einen Verflüssiger 500, wobei der Kompressor 400 den elektrischen Scheibenläufermotor aufweist, der Bezug nehmend auf die 1a bis 5 beschrieben worden ist. 6 shows a preferred application of the pancake motor on the example of a heat pump. The heat pump includes an evaporator 300 , a compressor 400 and a liquefier 500 , where the compressor 400 having the electric pancake motor, the reference to the 1a to 5 has been described.

Zusätzlich zu den Elementen des Scheibenläufermotors, der beispielsweise Bezug nehmend auf eine der vorstehenden Figuren dargestellt worden ist, umfasst der Kompressor ferner einen Leitraum 410, der radial angeordnet ist, um den von dem zu bewegenden Element 105 geförderten Arbeitsdampf, der von dem Verdampfer 300 angesaugt worden ist, weiterzufördern und letztendlich den Druck auf den geforderten Druck in der Kondensationszone 510 im Kondensierer 500 zu erhöhen.In addition to the elements of the pancake motor illustrated, for example, with reference to one of the preceding figures, the compressor further comprises a void space 410 which is arranged radially to that of the element to be moved 105 funded working steam coming from the evaporator 300 has been sucked in, further and finally the pressure to the required pressure in the condensation zone 510 in the condenser 500 to increase.

Zu kühlende Flüssigkeit läuft über einen Verdampferzulauf 302 in den Verdampfer. Gekühlte Arbeitsflüssigkeit läuft über einen Verdampferablauf 304 wieder aus dem Verdampfer ab. Um sicherzustellen, dass das Radialrad 105 nur Dampf und nicht Wassertropfen zusätzlich zum Dampf ansaugt, ist zusätzlich ein Tropfenabscheider 306 vorgesehen. Aufgrund des niedrigen Drucks in dem Verdampfer 300 wird ein Teil der über den Verdampferzulauf 302 in den Verdampfer 300 gebrachten Arbeitsflüssigkeit verdampft und durch den Tropfenabscheider 306 hindurch über die zweite Seite 105b des Radialrads 105 angesaugt und nach oben gefördert und dann in den Leitraum 410 abgegeben. Aus dem Leitraum 410 wird komprimierter Arbeitsdampf in die Kondensationszone 510 gebracht. Der Kondensationszone 510 wird ferner über einen Verflüssigerzulauf 512 zu erwärmende Arbeitsflüssigkeit zugeführt, die durch die Kondensation mit dem erwärmten Dampf erwärmt wird und über einen Verflüssigerablauf 514 abgeführt wird. Vorzugsweise ist der Verflüssiger als Verflüssiger in Form einer „Dusche“ ausgebildet, so dass über eine Verteilereinrichtung 516 eine Flüssigkeitsverteilung in der Kondensationszone 510 erreicht wird. Damit wird möglichst effizient der komprimierte Arbeitsdampf kondensiert und die in ihm enthaltene Wärme wird in die Flüssigkeit im Verflüssiger übertragen.Liquid to be cooled passes through an evaporator inlet 302 in the evaporator. Cooled working fluid passes through an evaporator outlet 304 again from the evaporator. To make sure the radial wheel 105 only steam and not water drops in addition to the steam sucks, is also a mist eliminator 306 intended. Due to the low pressure in the evaporator 300 becomes part of the over the evaporator feed 302 in the evaporator 300 brought working fluid evaporated and through the mist eliminator 306 through the second page 105b sucked the radial wheel 105 and conveyed upwards and then into the Leitraum 410 issued. From the Leitraum 410 becomes compressed working steam in the condensation zone 510 brought. The condensation zone 510 is also via a condenser feed 512 to supplied warming working fluid, which is heated by the condensation with the heated steam and a condenser 514 is dissipated. Preferably, the condenser is designed as a condenser in the form of a "shower", so that via a distribution device 516 a liquid distribution in the condensation zone 510 is reached. Thus, the compressed working steam is condensed as efficiently as possible and the heat contained in it is transferred into the liquid in the condenser.

Bei dem in 6 gezeigten Ausführungsbeispiel ist ferner ein Motorgehäuse 110 eingezeichnet, das gleichzeitig auch das obere Gehäuseteil des Kondensierers bzw. Verflüssigers 500 bildet. Darüber hinaus ist eine Anschlussleitung 80 für die Spulen des Stators 20 mit einer Steuerung 600 verbunden, um die entsprechenden Drehzahlsteuerungen und gleichzeitig auch die aktive Lagerung über ein vorzugsweise verwendetes Magnetlager durchzuführen, wie es anhand von 5 beschrieben worden ist. Die Steuerung stellt damit zusätzlich auch die Funktionen der Radialerfassung 270 und der Radial-Steuerung/Regelung 280 bereit.At the in 6 embodiment shown is also a motor housing 110 located at the same time, the upper housing part of the condenser or condenser 500 forms. In addition, a connection cable 80 for the coils of the stator 20 with a controller 600 connected to perform the appropriate speed controls and at the same time the active storage on a preferably used magnetic bearing, as shown by 5 has been described. The controller thus also provides the functions of radial detection 270 and the radial control / regulation 280 ready.

Darüber hinaus ist in 6 eine Implementierung gezeigt, bei der der Scheibenläufermotor einen fest vergossenen Block 602 aus Vergussmaterial aufweist, der über einen Dichtungsring 603 bezüglich des Motorgehäuses 110 abgedichtet ist, so dass eine druckdichte Trennung zwischen dem Äußeren und dem Inneren stattfindet. Darüber hinaus ist auch der Spulenhalter des Stators, bei dem entsprechende Nuten 24 eingezeichnet sind, mit den Spulen versehen, die in 6 nicht gezeigt sind. Sowohl der Spulenhalter als auch die Spulen sind von einem Verkapselungsmaterial umgeben, das in 6 als einstückig mit dem festen Block 602 ausgebildet dargestellt ist. Dies muss jedoch nicht unbedingt der Fall sein. Es wird jedoch bevorzugt, durch das Verkapselungsmaterial, das sich in dem Motorspalt erstreckt, eine Trennung herbeizuführen, dahin gehend, dass die Spulen nicht in dem Gebiet mit niedrigem Druck, das innerhalb des Motorgehäuses vorhanden ist, angeordnet sind.In addition, in 6 an implementation shown in which the pancake motor a fixed potted block 602 made of potting material, which has a sealing ring 603 with respect to the motor housing 110 is sealed so that a pressure-tight separation between the exterior and the interior takes place. In addition, the coil holder of the stator, with the corresponding grooves 24 are marked with the coils provided in 6 not shown. Both the bobbin holder and the coils are surrounded by an encapsulation material that is in 6 as integral with the solid block 602 is shown formed. However, this does not necessarily have to be the case. However, it is preferable to cause separation by the encapsulant material extending in the motor gap, so that the coils are not disposed in the low pressure area provided inside the motor housing.

Darüber hinaus sind aufseiten des Rotors 105 die Magnete 11 bzw. 13 schematisch angedeutet.In addition, are on the side of the rotor 105 the magnets 11 respectively. 13 indicated schematically.

Ferner ist bei dem in 6 gezeigten Ausführungsbeispiel der Stator in einer Ausnehmung angeordnet, die durch eine obere Seite 105a definiert ist. Bei anderen Ausführungsformen kann jedoch der Rotor ohne Ausnehmung ausgebildet sein, so dass der Bereich aus Magnet, Rückschlusselement und Bandage, wie er in 6 gezeigt ist, auf ein oben flach geformtes Radialrad aufgesetzt ist.Furthermore, in the in 6 shown embodiment, the stator disposed in a recess which through an upper side 105a is defined. In other embodiments, however, the rotor can be formed without a recess, so that the area of the magnet, the return element and the bandage, as shown in FIG 6 is shown, is placed on a top flat shaped radial wheel.

Aus 6 wird ferner ersichtlich, dass das zu bewegende Element, das mit dem Rotor 10 verbunden ist, das Radialrad bzw. Schaufelrad 105 ist, das dazu da ist, um im Zusammenwirken mit dem Leitweg den vom Verdampfer geförderten Arbeitsdampf zu verdichten und damit zu erhitzen, damit Wärme vom Verdampfer in den Verflüssiger gepumpt wird. Out 6 It can also be seen that the element to be moved, with the rotor 10 is connected, the radial wheel or impeller 105 is that, in cooperation with the route, to compress and heat the working vapor conveyed by the evaporator so that heat is pumped from the evaporator to the condenser.

Obgleich bestimmte Elemente als Vorrichtungselemente beschrieben sind, sei darauf hingewiesen, dass diese Beschreibung gleichermaßen als Beschreibung von Schritten eines Verfahrens und umgekehrt anzusehen ist.Although certain elements are described as device elements, it should be understood that this description is likewise to be regarded as a description of steps of a method and vice versa.

Darüber hinaus wird bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel zum Herstellen eines Scheibenläufermotors zunächst ein Scheibenläufermotor mit einem Rotor, der einen Permanentmagnetbereich aufweist, und einem Stator mit einem Spulenträger bereitgestellt, der eine Mehrzahl von Polfüßen aufweist, wobei um jeden Polfuß eine Spule gewickelt ist, und wobei jeder Polfuß einen Stirnbereich hat, der über einen Motorspalt dem Permanentmagnetbereich gegenüberliegt. Bei dem Herstellungsverfahren wird in einem Schritt in jedem Polfuß eine Nut ausgebildet, beispielsweise durch Fräsen oder irgendein anderes spanabhebendes Verfahren, oder durch Bereitstellen von zwei Teilen, bei deren Zusammenbau sich dann die Nut ergibt. Insbesondere wird die Nut so ausgebildet, dass sie sich tangential zu einer beabsichtigten Drehrichtung des Rotors erstreckt, und den Polfuß in einen oberen und in einen unteren Abschnitt unterteilt, wobei der Permanentmagnetbereich einen oberen Permanentmagnet und einen von dem oberen Permanentmagnet separierten unteren Permanentmagnet aufweist. In einem weiteren Schritt werden die Permanentmagnete so angeordnet, dass bei einer Betriebsposition des Rotors der obere Permanentmagnet dem oberen Abschnitt des Polfußes gegenüberliegt und der untere Permanentmagnet dem unteren Abschnitt des Polfußes gegenüberliegt.Moreover, in a preferred embodiment for producing a pancake motor, first, a pancake motor having a rotor having a permanent magnet region and a stator having a bobbin having a plurality of pole legs is wound around each pole leg and each one is wound Polfuß has a frontal area, which is opposite to the permanent magnet area via a motor gap. In the manufacturing process, a groove is formed in each pole leg in one step, for example by milling or some other machining process, or by providing two parts, the assembly of which then results in the groove. Specifically, the groove is formed so as to extend tangentially to an intended rotational direction of the rotor and divides the pole leg into upper and lower portions, the permanent magnet portion having an upper permanent magnet and a lower permanent magnet separated from the upper permanent magnet. In a further step, the permanent magnets are arranged so that in an operating position of the rotor, the upper permanent magnet opposite the upper portion of the pole leg and the lower permanent magnet opposite to the lower portion of the pole leg.

Ferner sei darauf hingewiesen, dass eine Steuerung, die beispielsweise durch das Element 600 in 6 bewirkt wird, als Software oder Hardware implementiert werden kann. Die Implementierung der Steuerung kann auf einem nicht-flüchtigen Speichermedium, einem digitalen oder anderen Speichermedium, insbesondere einer Diskette oder CD mit elektronisch auslesbaren Steuersignalen erfolgen, die so mit einem programmierbaren Computersystem zusammenwirken können, dass das entsprechende Verfahren zum Betreiben einer Wärmepumpe ausgeführt wird. Allgemein umfasst die Erfindung somit auch ein Computer-Programm-Produkt mit einem auf einem maschinenlesbaren Träger gespeicherten Programmcode zur Durchführung des Verfahrens, wenn das Computer-Programm-Produkt auf einem Rechner abläuft. In anderen Worten ausgedrückt, kann die Erfindung somit auch als ein Computer-Programm mit einem Programmcode zur Durchführung des Verfahrens realisiert werden, wenn das Computer-Programm auf einem Computer abläuft.It should also be noted that a control, for example, by the element 600 in 6 can be implemented as software or hardware. The implementation of the controller may be on a non-volatile storage medium, a digital or other storage medium, in particular a floppy disk or CD with electronically readable control signals which may interact with a programmable computer system such that the corresponding method of operating a heat pump is performed. In general, the invention thus also comprises a computer program product with a program code stored on a machine-readable carrier for carrying out the method when the computer program product runs on a computer. In other words, the invention can thus also as a computer program with a program code for Implementation of the method can be realized when the computer program runs on a computer.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

1010: Rotorrotor
1111: oberer Permanentmagnetupper permanent magnet
1212: PermanentmagnetbereichPermanent magnets
1313: unterer Permanentmagnetlower permanent magnet
1515: weiterer Permanentmagnetanother permanent magnet
2020: Statorstator
20a20a: Spulenträgercoil carrier
20b20b: Polfußpole foot
20c20c: Polfuß-StirnseitePole foot-end side
20d20d: SpulenwickelraumCoil winding space
20e20e: Symmetrieachse des Stators/RotorsSymmetry axis of the stator / rotor
2121: oberer Abschnitt des Polfußesupper section of the pole foot
2222: SpuleKitchen sink
2323: unterer Abschnitt des Polfußeslower section of the pole foot
2424: Nutgroove
2525: weiterer Abschnitt des Polfußesanother section of the pole foot
3030: Motorspaltmotor gap
4040: RückschlusselementReturn element
5050: Bandagebandage
8080: Anschlussleitungenconnecting cables
105105: zu bewegendes Element/Radialradmoving element / radial wheel
105a105a: obere Seiteupper side
105b105b: untere Seitelower side
110110: Motorgehäusemotor housing
180180: Führungsbauelementmanagement component
250250: Axialrichtungaxially
260260: Radialrichtungradial direction
270270: RadialerfassungseinrichtungRadial detector
271271: Erfassungsleitungsense line
272272: Steuerleitungcontrol line
273273: Aktorleitungactuator cable
280280: Radial-Steuerung/RegelungseinrichtungRadial-control / regulation device
300300: VerdampferEvaporator
302302: Verdampferzulaufevaporator feed
304304: Verdampferablaufevaporator flow
306306: TropfenabscheiderDroplet
400400: Kompressorcompressor
410410: Leitraumdirecting space
500500: Kondensierercondenser
510510: Kondensationszonecondensation zone
512512: VerflüssigerzulaufVerflüssigerzulauf
514514: VerflüssigerablaufVerflüssigerablauf
516516: VerflüssigerverteilerVerflüssigerverteiler
600600: Steuerungcontrol
602602: Statorblockstator block
603603: Dichtungsringsealing ring

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

EP 2549113 A2 [0002]

Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature

ETH No. 12870, "The Bearingless Disk Motor", N. Barletta, 1998 [0003]

Claims

Disc rotor motor, with the following features: a rotor (10) having a permanent magnet region (12); a stator (20) having a bobbin (20a) having a plurality of pole feet (20b), a bobbin (22) being wound around each pole leg (20b), and each pole leg having an end portion (20c) over a motor gap (30) facing the permanent magnet region (12), wherein a groove (24) is mounted in a pole leg (20b) which divides the pole leg (20b) into a first section (21) and a second section (23), wherein the permanent magnet region (12) has a first permanent magnet (11) and a second permanent magnet (13) separate from the first permanent magnet (11), which are arranged relative to one another such that, in an operating position of the rotor, the first permanent magnet is the first section of the pole leg ( 20b) and the second permanent magnet is opposed to the second portion of the pole leg (20b).

Pancake after Claim 1 in which the first permanent magnet (11) and the second permanent magnet (13) are polarized identically so that either a south pole of the first permanent magnet (11) and a south pole of the second permanent magnet (13) are directed towards the motor gap (30), or that a north pole of the first permanent magnet (11) and a north pole of the second permanent magnet (13) are directed toward the motor gap (30).

Pancake after Claim 1 or 2 in which the coil carrier (20) has at least four pole feet (20b) which are arranged symmetrically to an axis of symmetry (20e) of the stator (20) which is identical to or parallel to the axis of the rotor, and wherein the groove (24) is disposed in each pole leg (20b) so that each groove (24) is disposed in a pole leg (20b) on a circumferential line of the stator parallel to a first edge or a second edge of the coil carrier (20a).

Pancake according to one of the preceding claims, wherein the stator (20) has 2 N pole feet 20b, where N ≥ 2, and wherein the permanent magnet region (12) of the rotor has at least N permanent magnet sections or at most 2 N permanent magnet sections, each permanent magnet section having both a first permanent magnet (11) and a second permanent magnet (13), wherein the permanent magnets are equally polarized in a permanent magnet section.

Pancake motor according to one of the preceding claims, in which the permanent magnets are oppositely polarized in two mutually adjacent permanent magnet sections.

A pancake motor according to any one of the preceding claims, wherein the groove (24) has at least a depth which is greater than the motor gap (30).

A pancake motor according to any one of the preceding claims, wherein the groove (24) has a height and a depth, the height being greater than the depth.

A pancake motor according to any one of the preceding claims, wherein the groove (24) has a depth greater than or equal to 0.35 mm and a height greater than or equal to 0.35 mm.

A pancake motor according to any one of the preceding claims, wherein a diameter of the rotor (10) is greater than a height of the pole leg (20b) or the permanent magnet region (12).

Disc rotor motor after one of Claims 1 to 9 in which the diameter of the rotor is greater than twice the height of the pole leg (20b) or the permanent magnet region (12).

A pancake motor according to any one of the preceding claims, formed as an external rotor, wherein the stator (20) is disposed within the rotor (10) such that the pole feet (20b) with the grooves (24) extend outwardly of the stator (20) and the permanent magnets of the permanent magnet portion are attached to an inner wall of the rotor.

The pancake motor according to one of the preceding claims, wherein the pole leg (20b) additionally has a further groove (24) which divides the second section into two further sections (23, 25), the second permanent magnet facing a further section (23) and wherein a further permanent magnet (15) opposite to another further portion (25), wherein the first permanent magnet (11), the second permanent magnet (13) and the further permanent magnet (15) are identically polarized.

A pancake motor according to any one of the preceding claims, wherein the stator (20) is formed so that a single groove (24) is formed substantially centrally with respect to a height of the pole leg at each pole leg (20b) such that a height of the first portion (20) 21) of the pole leg is substantially equal to a height of the second portion (23) of the pole leg, or in that two grooves (24) are so formed with respect to the height of the pole leg that the first groove at Substantially 1/3 of the height of the pole leg and the second groove is arranged at substantially 2/3 of the height of the pole leg.

A pancake motor according to any one of the preceding claims, wherein the rotor (10) is actively magnetically supported (270, 280) radially with respect to a rotational axis (20e) of the rotor (10).

Disc rotor motor according to one of the preceding claims, in which the rotor (10) is mounted so as to be magnetically passive with respect to a rotational axis (20e) of the rotor (10).

A pancake motor according to any one of the preceding claims, wherein the rotor (10) comprises permanent magnets (11, 13) at an inner region, further wherein an annular magnetic return element (40) surrounds the permanent magnet region so that the permanent magnets in the permanent magnet region between the return element (40 ) and the motor gap (30) are arranged.

The pancake motor of any one of the preceding claims, further comprising a bandage (50) attached to an annular return element (40) on a side of the return element (40) remote from the permanent magnet region (12).

A pancake motor according to any one of the preceding claims, wherein the rotor is integral with or connected to a member to be moved, wherein the member (105) to be moved is a radial wheel with vanes, the vanes being configured to receive gas from a rotation of the radial wheel to promote a lower pressure area into a higher pressure area.

A pancake motor according to any one of the preceding claims, arranged such that the motor gap (30) is smaller than 1.5 mm or in which a diameter of the stator (20) is between 3 cm and 7 cm, or at a height of the Stators (20) is less than 4 cm, or is designed to run at a speed greater than 50,000 rev / min.

A heat pump comprising: an evaporator (300), a compressor (400), a condenser (500), said compressor (400) having a pancake motor according to any one of Claims 1 to 18 having.

Heat pump after Claim 19 in which a member (105) to be moved, to which the rotor (10) of the pancake motor is connected, is a paddle wheel, wherein a suction region of the vaporizer (300) is connected to a guide component (180), so that in an operation of the In an operation of the heat pump, a swelling pressure in the suction of the evaporator (300) is present, wherein at a conveying end of the Radialrads a pressure is present, which is higher than the swelling pressure, and wherein in the condenser, a condenser is greater than the source pressure and is greater than or equal to the pressure at the delivery end of the Radialrads.

A method of manufacturing a pancake motor having a rotor having a permanent magnet region (12) and a stator (20) with a coil support (20a) having a plurality of pole feet (20b), with a coil (22) wound around each pole leg (20b) and wherein each pole leg (20b) has an end region (20c) which is to be arranged opposite the permanent magnet region (12) via a motor gap (30), with the following steps: Attaching a groove (24) in a pole leg (20b) dividing the pole leg (20b) into a first portion (21) and a second portion (23); and Arranging a first permanent magnet (11) and a second permanent magnet (13) separate from the first permanent magnet (11) such that, in an operating position of the rotor (10), the first permanent magnet (11) faces the first portion of the pole leg (20b) and second permanent magnet (13) opposes the second portion (23) of the pole leg (20b).