DE102019117373A1 - Canned motor with a low-loss support ring - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft einen Spaltrohrmotor (1) mit- einem Stator (2), der ein Blechpaket (3) und eine Wicklung mit Wickelköpfen (4) aufweist, die an Stirnseiten des Blechpakets (3) aus dem Blechpaket (3) hervorstehen,- einem gegenüber dem Stator (2) drehbar gelagerten Rotor (5),- einem zwischen dem Stator (2) und dem Rotor (5) angeordneten Spaltrohr (7), und- einem im Bereich der Wickelköpfe (4) an der Außenseite des Spaltrohrs (7) konzentrisch zu dem Spaltrohr (7) angeordneten Stützring (12), wobei der Stützring (12) aus einem faserverstärkten Kunststoff ausgebildet ist, welcher ein Matrixmaterial und in dem Matrixmaterial eingebettete erste Fasern und zweite Fasern aufweist, wobei die ersten Fasern aus einem ersten Material und die zweiten Fasern aus einem sich von dem ersten Material unterscheidenden zweiten Material ausgebildet sind.The invention relates to a canned motor (1) with a stator (2) which has a laminated core (3) and a winding with winding heads (4) which protrude from the laminated core (3) at the end faces of the laminated core (3) relative to the stator (2) rotatably mounted rotor (5), - a can (7) arranged between the stator (2) and the rotor (5), and - one in the area of the winding heads (4) on the outside of the can (7) ) support ring (12) arranged concentrically to the can (7), the support ring (12) being formed from a fiber-reinforced plastic which has a matrix material and first fibers and second fibers embedded in the matrix material, the first fibers being made from a first material and the second fibers are formed from a second material different from the first material.
Description
Die Erfindung betrifft einen Spaltrohrmotor mit einem Stator, der ein Blechpaket und eine Wicklung mit Wickelköpfen aufweist, die an Stirnseiten des Blechpakets aus dem Blechpaket hervorstehen, einem gegenüber dem Stator drehbar gelagerten Rotor, einem zwischen dem Stator und dem Rotor angeordneten Spaltrohr, und
einem im Bereich der Wickelköpfe an der Außenseite des Spaltrohrs konzentrisch zu dem Spaltrohr angeordneten Stützring.The invention relates to a canned motor with a stator which has a laminated core and a winding with end windings which protrude from the laminated core at the end faces of the laminated core, a rotor rotatably mounted with respect to the stator, a can arranged between the stator and the rotor, and
a support ring arranged concentrically to the can in the area of the end windings on the outside of the can.
Derartige Spaltrohrmotoren werden als elektrische Antriebsmaschinen, beispielsweise als permanenterregte Synchronmaschinen ausgeführt. Spaltrohrmotoren können über eine direkte Wickelkopfkühlung gekühlt werden, bei welcher die Wickelköpfe der Statorwicklung von einem flüssigen Kühlmedium umspült werden. Ferner ist es möglich, den in einer Nut des Stators aufgenommen Bereich der Statorwicklung von einem flüssigen Kühlmedium zu umspülen.Canned motors of this type are designed as electrical drive machines, for example as permanent magnet synchronous machines. Canned motors can be cooled by direct end winding cooling, in which the end windings of the stator winding are surrounded by a liquid cooling medium. It is also possible for a liquid cooling medium to flow around the area of the stator winding accommodated in a slot in the stator.
Ein Spaltrohrmotor der eingangs genannten Art ist aus der
Werden die Stützringe bei derartigen Spaltrohrmotoren aus einem Metall, beispielsweise Stahl, ausgebildet, so kann eine ausreichende Steifigkeit und Festigkeit des Stützrings erreicht werden. Als nachteilig hat sich jedoch herausgestellt, dass in dem Stützring Wirbelstromverluste auftreten, die zu einer Absenkung des Wirkungsgrads des Spaltrohrmotors führen.If the support rings in canned motors of this type are made from a metal, for example steel, then sufficient rigidity and strength of the support ring can be achieved. However, it has been found to be disadvantageous that eddy current losses occur in the support ring, which lead to a reduction in the efficiency of the canned motor.
Vor diesem Hintergrund stellt sich die Aufgabe, den Wirkungsgrad des Spaltrohrmotors zu erhöhen ohne die mechanischen Eigenschaften zu beeinträchtigen.Against this background, the task is to increase the efficiency of the canned motor without impairing the mechanical properties.
Zur Lösung der Aufgabe wir ein Spaltrohrmotor vorgeschlagen, mit
- - einem Stator, der ein Blechpaket und eine Wicklung mit Wickelköpfen aufweist, die an Stirnseiten des Blechpakets aus dem Blechpaket hervorstehen,
- - einem gegenüber dem Stator drehbar gelagerten Rotor,
- - einem zwischen dem Stator und dem Rotor angeordneten Spaltrohr, und
- - einem im Bereich der Wickelköpfe an der Außenseite des Spaltrohrs konzentrisch zu dem Spaltrohr angeordneten Stützring,
- - A stator which has a laminated core and a winding with winding heads which protrude from the laminated core at the end faces of the laminated core,
- - a rotor rotatably mounted in relation to the stator,
- - A can arranged between the stator and the rotor, and
- - A support ring arranged concentrically to the can in the area of the winding heads on the outside of the can,
Da der Stützring aus einem faserverstärkten Kunststoff ausgebildet ist, der nur eine geringe elektrische Leitfähigkeit aufweist, können Wirbelstromverluste in dem Stützring erheblich reduziert werden. Damit sich die mechanischen Eigenschaften des Stützrings, insbesondere die Festigkeit und Steifigkeit, im Vergleich zu einem aus Stahl ausgebildeten Stützring nicht zu stark verschlechtern kommt erfindungsgemäß ein faserverstärkter Kunststoff mit einem Matrixmaterial zur Anwendung, in das Fasern aus verschiedenen Materialien eingebettet sind, so dass es möglich ist, die mechanischen Eigenschaften des Stützrings bedarfsgerecht einzustellen. Folglich ist es bei dem erfindungsgemäßen Spaltrohmotor möglich, den Wirkungsgrad zu erhöhen ohne die mechanischen Eigenschaften der Stützringe zu beeinträchtigen.Since the support ring is made of a fiber-reinforced plastic which has only a low electrical conductivity, eddy current losses in the support ring can be reduced considerably. So that the mechanical properties of the support ring, in particular the strength and rigidity, do not deteriorate too much compared to a support ring made of steel, a fiber-reinforced plastic with a matrix material is used according to the invention, in which fibers made of different materials are embedded, so that it is possible is to adjust the mechanical properties of the support ring as required. Consequently, it is possible with the canned motor according to the invention to increase the efficiency without impairing the mechanical properties of the support rings.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung sind die ersten Fasern als Glasfasern und die zweiten Fasern als Kohlenstofffasern ausgebildet. Eine Kombination aus Glasfasern und Kohlenstofffasern bietet den Vorteil, dass die mechanischen Eigenschaften des Stützrings in einer Weise eingestellt werden können, die bei einem Stützring der ausschließlich Glasfasern oder Kohlenstofffasern aufweist, nicht möglich ist. So lässt sich beispielsweise durch die in dem faserverstärkten Kunststoff enthaltenen Glasfasern der Wärmeausdehnungskoeffizient des Stützrings derart einstellen, dass er ähnlich dem des Blechpakets des Stators ist. Die Kohlenstofffasern ermöglichen zudem eine hohe Steifigkeit und Festigkeit des Stützrings bei kompakten Abmessungen.According to an advantageous embodiment, the first fibers are designed as glass fibers and the second fibers as carbon fibers. A combination of glass fibers and carbon fibers offers the advantage that the mechanical properties of the support ring can be set in a way that is not possible with a support ring that only has glass fibers or carbon fibers. For example, thanks to the glass fibers contained in the fiber-reinforced plastic, the coefficient of thermal expansion of the support ring can be set in such a way that it is similar to that of the laminated core of the stator. The carbon fibers also allow a high rigidity and strength of the support ring with compact dimensions.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung ist ein Anteil der ersten Fasern in dem faserverstärkten Kunststoff unterschiedlich von einem Anteil der zweiten Fasern in dem faserverstärkten Kunststoff. Durch die Wahl verschiedener Anteile der beiden Fasern kann die Einstellung der Eigenschaften des Stützrings weiter erleichtert werden.According to an advantageous embodiment, a proportion of the first fibers in the fiber-reinforced plastic is different from a proportion of the second fibers in the fiber-reinforced plastic. By choosing different proportions of the two fibers, setting the properties of the support ring can be further facilitated.
Als vorteilhaft hat es sich erwiesen, wenn die Orientierung der ersten Fasern in dem faserverstärkten Kunststoff anders ist als die Orientierung der zweiten Fasern. Insofern können die ersten Fasern einen ersten Faserwinkel und die zweiten Fasern einen zweiten Faserwinkel aufweisen, wobei der erste und der zweite Faserwinkel unterschiedlich sind. Die Orientierung der ersten Fasern in die Orientierung der zweiten Fasern können beispielsweise einen Winkel von im Wesentlichen 45° oder von im Wesentlichen 60° oder von im Wesentlichen 90° einschließen.It has proven to be advantageous if the orientation of the first fibers in the fiber-reinforced plastic is different from the orientation of the second fibers. In this respect, the first fibers a first fiber angle and the second fibers have a second fiber angle, the first and second fiber angles being different. The orientation of the first fibers in the orientation of the second fibers can include, for example, an angle of essentially 45 ° or of essentially 60 ° or of essentially 90 °.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung sind die ersten und zweiten Fasern ineinander verwoben, so dass eine gemeinsame Faserlage aus ersten und zweiten Fasern gebildet ist.According to an advantageous embodiment, the first and second fibers are interwoven so that a common fiber layer is formed from first and second fibers.
Die ersten Fasern und/oder die zweiten Fasern sind bevorzugt Endlosfasern. Die ersten und/oder zweiten Fasern können als Rovings oder als Gewebe oder Gelege vorliegen.The first fibers and / or the second fibers are preferably continuous fibers. The first and / or second fibers can be present as rovings or as woven or non-woven fabrics.
Das Matrixmaterial ist bevorzugt ein Duroplast oder ein Thermoplast, insbesondere ein Epoxidharz, Melaminharz, Phenol-Formaldehydharz, Polyesterharz, Polytetrafluorethylen oder ein Silikonharz.The matrix material is preferably a thermoset or a thermoplastic, in particular an epoxy resin, melamine resin, phenol-formaldehyde resin, polyester resin, polytetrafluoroethylene or a silicone resin.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung sollen nachfolgend anhand des in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels erläutert werden. Die Zeichnungen illustrieren dabei lediglich eine beispielhafte Ausführungsform der Erfindung, welche den Erfindungsgedanken nicht einschränkt. Hierin zeigt:
-
1 einen Spaltrohrmotor gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung in einer schematischen Schnittdarstellung; und -
2 das Dichtelement des Spaltrohrmotors aus1 in einer geschnittenen, perspektivischen Darstellung.
-
1 a canned motor according to an embodiment of the invention in a schematic sectional view; and -
2 the sealing element of the cannedmotor 1 in a cut, perspective illustration.
In der
Das Spaltrohr
Gemäß dem Ausführungsbeispiel ist der Stützring
Gemäß dem Ausführungsbeispiel sind die ersten Fasern als Glasfasern und die zweiten Fasern als Kohlenstofffasern ausgebildet. Der Anteil der ersten Fasern an dem faserverstärkten Kunststoff unterscheidet sich von dem Anteil der zweiten Fasern. Zudem weisen die ersten und zweiten Fasern unterschiedliche Faserwinkel auf, so dass die Orientierung der ersten Fasern in dem faserverstärkten Kunststoff anders ist als die Orientierung der zweiten Fasern.According to the exemplary embodiment, the first fibers are designed as glass fibers and the second fibers as carbon fibers. The proportion of the first fibers in the fiber-reinforced plastic differs from the proportion of the second fibers. In addition, the first and second fibers have different fiber angles, so that the orientation of the first fibers in the fiber-reinforced plastic is different from the orientation of the second fibers.
Das Gehäuse
Das Dichtelement
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited
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