DE102019210526B3

DE102019210526B3 - Electromechanical converter device and motor vehicle with an electromechanical converter device

Info

Publication number: DE102019210526B3
Application number: DE102019210526.2A
Authority: DE
Inventors: György Farkas; Zsolt Bárány; László Zoltán Szénási
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 2019-07-17
Filing date: 2019-07-17
Publication date: 2020-10-29
Anticipated expiration: 2039-07-18

Abstract

Die Erfindung betrifft eine elektromechanische Wandlervorrichtung (1), umfassend zumindest einen Rotor (3), zumindest einen Stator (4) und wenigstens ein zwischen dem Rotor (3) und dem Stator (4) angeordnetes Spaltrohr (9). Es ist vorgesehen, dass das Spaltrohr (9) zumindest einen weichmagnetischen Verbundwerkstoff (11) umfasst. Das Spaltrohr (9) weist an einer dem Stator (4) zugewandten Außenseite des Spaltrohres (9) in einer Axialerstreckungsrichtung der elektromechanischen Wandlervorrichtung (1) verlaufende Rippen (15) auf. Dadurch weist das Spaltrohr (9) eine größere Breite (14) in einer Radialerstreckungsrichtung auf als an Senken (16) zwischen den Rippen (15). Das Spaltrohr (9) ist an den Rippen (15) mit den Statorzähnen (12) mit dem Stator (4) verbunden und die Senken (16) sind in Radialerstreckungsrichtung gegenüber den Statornuten (13) angeordnet.The invention relates to an electromechanical converter device (1) comprising at least one rotor (3), at least one stator (4) and at least one can (9) arranged between the rotor (3) and the stator (4). It is provided that the can (9) comprises at least one soft magnetic composite material (11). On an outer side of the can (9) facing the stator (4), the can (9) has ribs (15) extending in an axial direction of the electromechanical converter device (1). As a result, the can (9) has a greater width (14) in a radial extension direction than at depressions (16) between the ribs (15). The can (9) is connected to the stator (4) at the ribs (15) with the stator teeth (12) and the depressions (16) are arranged in the radial direction opposite the stator slots (13).

Description

Die Erfindung betrifft eine elektromechanische Wandlervorrichtung und ein Kraftfahrzeug mit einer elektromechanischen Wandlervorrichtung.The invention relates to an electromechanical converter device and a motor vehicle with an electromechanical converter device.

Elektromechanische Wandlervorrichtungen, zu denen beispielsweise Elektromotoren und Elektrogeneratoren gehören, weisen zumindest einen Stator und zumindest einen Rotor auf. Der Rotor bewegt sich dabei innerhalb eines von dem Stator umschlossenen Bereichs. In der Regel sind in dem zumindest einen Stator Spulen zur Erzeugung eines Magnetfelds für den zugeordneten Rotor angeordnet. Zwischen dem Rotor und dem Stator befindet sich ein Abstand, der auch als Luftspalt oder magnetischer Spalt bezeichnet wird. Um eine verbesserte Effizienz der elektromechanischen Wandlervorrichtung sicherzustellen, ist es erforderlich, diesen Abstand zwischen dem Stator und dem Rotor möglichst klein zu bemessen. Eine untere Grenze für diesen Abstand wird durch Fertigungstoleranzen gesetzt, welche eingehalten werden müssen, um eine Berührung des Stators mit dem Rotor während des Betriebs zu verhindern. Dabei müssen beispielsweise temperaturabhängige Abmessungsänderungen des Stators und des Rotors berücksichtigt werden. Unter bestimmten Bedingungen kann es erforderlich sein, ein Spaltrohr, welches auch als Trennrohr bekannt ist, zwischen dem Stator und dem Rotor der elektromechanischen Wandlervorrichtung anzuordnen, um die beiden Elemente fluidisch voneinander abzugrenzen. Dies kann beispielsweise notwendig sein, wenn der Stator zur Kühlung durch ein Kühlmedium durchströmt werden soll. Bei einer Anordnung des Spaltrohres aus einem magnetisch nicht leitenden Material ergibt sich die Problematik, dass der magnetische Spalt zwischen dem Stator und dem Rotor vergrößert wird.Electromechanical converter devices, which include, for example, electric motors and electric generators, have at least one stator and at least one rotor. The rotor moves within an area enclosed by the stator. As a rule, coils for generating a magnetic field for the associated rotor are arranged in the at least one stator. There is a distance between the rotor and the stator, which is also referred to as an air gap or magnetic gap. In order to ensure improved efficiency of the electromechanical converter device, it is necessary to dimension this distance between the stator and the rotor as small as possible. A lower limit for this distance is set by manufacturing tolerances, which must be adhered to in order to prevent the stator from touching the rotor during operation. For example, temperature-dependent dimensional changes in the stator and rotor must be taken into account. Under certain conditions, it may be necessary to arrange a can, which is also known as a separating tube, between the stator and the rotor of the electromechanical converter device in order to fluidically separate the two elements from one another. This can be necessary, for example, if a cooling medium is to flow through the stator for cooling. With an arrangement of the can made of a magnetically non-conductive material, the problem arises that the magnetic gap between the stator and the rotor is enlarged.

Ein größerer magnetischer Spalt senkt jedoch den Wirkungsgrad der elektromechanischen Wandlervorrichtung. Dies ist darauf zurückzuführen, dass die durch eine bestimmte elektrische Stromstärke generierte magnetische Flussdichte in dem Luftspalt abnimmt, wodurch das erreichbare Drehmoment für die Stromstärke reduziert wird. Um die Auswirkungen des Luftspalts auszugleichen, kann die elektrische Stromstärke, oder in speziellen Fällen auch der Maximalstrom erhöht werden. Dadurch steigen aber auch die ohmschen Verluste in den Kupferspulen, wodurch der Wirkungsgrad reduziert wird. Die größte Problematik bei einer Vergrößerung des Luftspalts ist, dass ein gewünschtes Drehmoment und eine gewünschte Leistung nicht mehr durch die elektromechanische Wandlervorrichtung bereitgestellt werden können. Um diese Wirkungsgradeinbußen zu reduzieren, ist es bei der Wahl eines Materials für das Spaltrohr vorteilhaft, ein Material auszuwählen, welches eine hohe magnetische Leitfähigkeit aufweist. Gegenwärtig werden zur Bereitstellung eines Spaltrohres Materialien mit einer geringen magnetischen Leitfähigkeit verwendet, wobei es sich beispielsweise um Keramiken oder Polymere handelt. Bei Materialien mit einer größeren magnetischen Leitfähigkeit ergibt sich die Problematik, dass diese oft eine hohe elektrische Leitfähigkeit aufweisen. Dies ist für die Verwendung in einer elektromechanischen Wandlervorrichtung nachteilig, weil die magnetischen Wechselfelder in diesen Materialien Wirbelströme induzieren. Die Wirbelströme führen zu Wirbelstromverlusten, welche den Wirkungsgrad der elektromagnetischen Maschine reduzieren.However, a larger magnetic gap lowers the efficiency of the electromechanical converting device. This is due to the fact that the magnetic flux density generated by a specific electrical current intensity decreases in the air gap, as a result of which the torque that can be achieved for the current intensity is reduced. To compensate for the effects of the air gap, the electrical current strength or, in special cases, the maximum current can be increased. However, this also increases the ohmic losses in the copper coils, which reduces the efficiency. The greatest problem with enlarging the air gap is that a desired torque and a desired power can no longer be provided by the electromechanical converter device. In order to reduce this loss of efficiency, when choosing a material for the can, it is advantageous to choose a material which has a high magnetic conductivity. At present, materials with a low magnetic conductivity are used to provide a can, such as ceramics or polymers. In the case of materials with a greater magnetic conductivity, the problem arises that they often have a high electrical conductivity. This is disadvantageous for use in an electromechanical converter device, because the alternating magnetic fields induce eddy currents in these materials. The eddy currents lead to eddy current losses, which reduce the efficiency of the electromagnetic machine.

Eine elektromagnetische Wandlervorrichtung mit einem Trennrohr ist beispielsweise in der EP 0 713 282 A1 offenbart. Die Offenlegungsschrift beschreibt einen Spaltrohrmotor für Pumpen mit einem zwischen dem Rotor und dem Stator angeordnetem Spaltrohr. Es ist vorgesehen, dass durch das Spaltrohr eine fördermediumsführende Seite von der elektrischen Antriebsseite getrennt ist, wobei eine Ständerwicklung von einem Ständerblechpaket getragen ist. Es ist vorgesehen, dass ein Verschließteil aus weichmagnetischen, gesintertem Material besteht, um einen magnetischen Rückschluss zu verbessern.An electromagnetic transducer device with a separation pipe is, for example, in FIG EP 0 713 282 A1 disclosed. The laid-open specification describes a canned motor for pumps with a canned can arranged between the rotor and the stator. It is provided that a side carrying the conveying medium is separated from the electric drive side by the can, with a stator winding being carried by a stator core. It is provided that a closure part consists of soft magnetic, sintered material in order to improve a magnetic return path.

In der DE 10 2011 013 829 A1 ist ein Spalttopf einer Magnetkupplung, insbesondere einer Magnetkupplungspumpe offenbart. Die Magnetkupplungspumpe weist einen Innenrotor und einen Außenrotor auf, zwischen denen der Spalttopf angeordnet ist. Der Spalttopf besteht aus einer Keramik, wobei die Kupplungskomponente und ein Gegenflansch aus einem metallischen Werkstoff gebildet sind. Der Spalttopf kann beispielsweise aus einer gesinterten Keramik, wie beispielsweise Zirkonoxyd ZrO2, gebildet sein.In the DE 10 2011 013 829 A1 discloses a containment shell of a magnetic coupling, in particular a magnetic coupling pump. The magnetic coupling pump has an inner rotor and an outer rotor, between which the containment can is arranged. The containment shell consists of a ceramic, the coupling component and a mating flange being made of a metallic material. The containment shell can for example be formed from a sintered ceramic such as zirconium oxide ZrO2.

In der DE 41 06 060 A1 ist eine gekapselte medizinische Pumpe offenbart. Es ist vorgesehen, dass in einer Ausführungsform der Pumpe ein Trennrohr angeordnet ist, um eine Medientrennung zwischen dem Stator und einem medienführenden Raum zu ermöglichen. Es ist vorgesehen, dass das Trennrohr ein dünnwandiges Edelstahlrohr ist, um den Abstand zwischen dem Rotor und dem Stator möglichst gering zu halten.In the DE 41 06 060 A1 a sealed medical pump is disclosed. It is provided that in one embodiment of the pump a separating tube is arranged in order to enable media to be separated between the stator and a media-carrying space. It is provided that the separating tube is a thin-walled stainless steel tube in order to keep the distance between the rotor and the stator as small as possible.

Die Druckschrift JP H03 - 22 842 A betrifft einen Spaltrohrmotor, welcher eine Hülse aus Harz aufweist. Eine hohle zylindrische Hülse ist an einem Statorkern in einer Lücke zwischen dem Stator und einem Rotor angebracht. Diese Hülse kann eine Vielzahl dünner Schichten von weichmagnetischen Metalldrähten mit hoher magnetischer Permeabilität aufweisen.The pamphlet JP H03-22842 A relates to a canned motor which has a sleeve made of resin. A hollow cylindrical sleeve is attached to a stator core in a gap between the stator and a rotor. This sleeve can have a large number of thin layers of soft magnetic metal wires with high magnetic permeability.

Die Offenlegungsschrift DE 10 2018 122 619 A1 beschreibt einen Spaltrohrmotor mit bereichsweise ferromagnetischem Spaltrohr. Der Spaltrohrmotor weist einen drehbaren Rotor auf. Zwischen dem Rotor und einem Stator ist ein Spaltrohr angeordnet. Das Spaltrohr trennt einen rotorseitig angeordneten Nassbereich von einem statorseitig angeordneten Trockenbereich. Das Spaltrohr ist bereichsweise ferromagnetisch und bereichsweise nichtferromagnetisch.The disclosure document DE 10 2018 122 619 A1 describes a canned motor with partially ferromagnetic Can. The canned motor has a rotatable rotor. A can is arranged between the rotor and a stator. The can separates a wet area arranged on the rotor side from a dry area arranged on the stator side. The can is ferromagnetic in some areas and non-ferromagnetic in some areas.

Die europäische Patentschrift EP 2 188 882 B1 offenbart ein Spaltrohr und ein Verfahren zur Herstellung. Das Spaltrohr besteht zumindest zum Teil aus einer Polymermatrix, welche mittels Fasern verstärkt ist. Es besteht zumindest zu einem Teil aus einer keramikfaserverstärkten Polymermatrix. Dabei sind die Fasern als Endlosfasern in einer Länge von mindestens 30 mm ausgebildet.The European patent specification EP 2 188 882 B1 discloses a can and method of manufacture. The can consists at least partially of a polymer matrix which is reinforced by means of fibers. It consists at least partially of a ceramic fiber reinforced polymer matrix. The fibers are designed as continuous fibers with a length of at least 30 mm.

Die Druckschrift US 2017/0264158 A1 beschreibt einen ESP Motor mit einem abgedichteten Stator. Ein Statorkern weist einen oder mehrere Statorkernsektionen auf. Jede Statorkernsektion ist als Einzelstück aus weichmagnetischem Kompositmaterial gebildet. Die Statorkernsektionen sind durchgehend mit Dichtungen an jedem Ende angeordnet. Die jeweiligen Statorkernsektionen überlappen sich bei Statoreinbaustellen. Die Statorkernsektionen sind fluidisch miteinander verbunden und bilden eine abgedichtete Statorkammer. Die abgedichtete Statorkammer kann verhindern, dass in den Motor austretende Bohrlochflüssigkeiten die Statorwicklungen erreichen und deren Isolation beeinträchtigen.The pamphlet US 2017/0264158 A1 describes an ESP motor with a sealed stator. A stator core has one or more stator core sections. Each stator core section is formed as a single piece from soft magnetic composite material. The stator core sections are arranged throughout with seals at each end. The respective stator core sections overlap at stator installation locations. The stator core sections are fluidically connected to one another and form a sealed stator chamber. The sealed stator chamber can prevent borehole fluids leaking into the motor from reaching the stator windings and impairing their insulation.

Die österreichische Patentschrift AT 240970 B beschreibt einen Elektromotor, bei dem zwischen Stator und Rotor eine Dichtungshülse vorgesehen ist. Die Hülse besteht aus Gummi oder einem Kunststoff und weist an ihren beidseitigen Enden Flansche auf. Diese Flansche können zwischen Statorblock und Lagerschilden eingeklemmt werden. Sie können an ihrer Außenseite in axialer Richtung verlaufende Rippen besitzen, die in Anordnungen und Abmessungen den Wicklungsnuten angepasst sind. Dabei kann die Hülse zur Verbesserung des Haltes an der Statorinnenwand mit einem Kleber befestigt sein.The Austrian patent specification AT 240970 B describes an electric motor in which a sealing sleeve is provided between the stator and rotor. The sleeve is made of rubber or a plastic and has flanges on both ends. These flanges can be clamped between the stator block and the end shields. They can have axially extending ribs on their outside, the arrangement and dimensions of which are adapted to the winding grooves. The sleeve can be attached to the inner wall of the stator with an adhesive to improve the hold.

Es ist eine Aufgabe der Erfindung, Wirkungsgradverluste, die in einer elektromechanischen Wandlervorrichtung entstehen, zu reduzieren.It is an object of the invention to reduce efficiency losses that arise in an electromechanical converter device.

Durch die Erfindung wird eine elektromechanische Wandlervorrichtung bereitgestellt, die zumindest einen Rotor, zumindest einen Stator und wenigstens ein zwischen dem Rotor und dem Stator angeordnetes Spaltrohr aufweist. Gemäß der Erfindung ist vorgesehen, dass das Spaltrohr zumindest einen weichmechanischen Verbundwerkstoff umfasst. Mit anderen Worten betrifft die Erfindung eine elektrische Maschine, wie einen Elektromotor oder einen Stromgenerator, die den zumindest einen Stator und den zumindest einen Rotor aufweist. Der Rotor ist durch das um den Stator angeordnete Spaltrohr von dem Stator fluidisch getrennt. Es ist vorgesehen, dass das Spaltrohr ganz oder zumindest teilweise aus dem weichmagnetischen Verbundwerkstoff besteht. Bei dem Verbundwerkstoff kann es sich um ein Komposit handeln, welches beispielsweise mittels eines Sinterverfahrens hergestellt wurde. Zur Ermöglichung einer magnetischen Leitfähigkeit in einem vorbestimmten Umfang kann der Verbundwerkstoff beispielsweise Eisenpartikel einer Partikelgröße von beispielsweise 100 µm als Äquivalentdurchmesser aufweisen. Weichmagnetisch bedeutet, dass der Verbundwerkstoff eine Koerzitivfeldstärke von weniger als 1000 Ampere pro Meter aufweist. Es ist somit eine relativ leichte Änderung der magnetischen Polarisation des Werkstoffs möglich, wodurch Hystereseverluste reduziert sind. Der Verbundwerkstoff führt somit während des Betriebs zu vergleichsweise geringen Hystereseverlusten. Der Werkstoff kann ein Komposit sein, das elektrisch isolierende Anteile als Matrixmaterial zur Reduzierung der elektrischen Leitfähigkeit aufweisen kann. Der Anteil isolierender Anteile kann so gewählt sein, dass sich ein geringer Perkolationsgrad, also ein geringer Zusammenschluss der Eisenpartikel einstellen kann, sodass sich nur in einem geringen Umfang Leitungspfade von Eisenpartikeln ausbilden. Die Bildung von Wirbelströmen und die damit verbundenen Wirbelstromverluste bei einer Änderung des Magnetfeldes sind somit in dem Werkstoff minimiert.The invention provides an electromechanical converter device which has at least one rotor, at least one stator and at least one can arranged between the rotor and the stator. According to the invention it is provided that the can comprises at least one soft mechanical composite material. In other words, the invention relates to an electrical machine, such as an electric motor or a current generator, which has the at least one stator and the at least one rotor. The rotor is fluidically separated from the stator by the can arranged around the stator. It is provided that the can consists wholly or at least partially of the soft magnetic composite material. The composite material can be a composite which was produced, for example, by means of a sintering process. To enable magnetic conductivity to a predetermined extent, the composite material can have, for example, iron particles with a particle size of, for example, 100 μm as the equivalent diameter. Soft magnetic means that the composite material has a coercive field strength of less than 1000 amperes per meter. A relatively slight change in the magnetic polarization of the material is thus possible, as a result of which hysteresis losses are reduced. The composite material thus leads to comparatively low hysteresis losses during operation. The material can be a composite which can have electrically insulating components as a matrix material to reduce the electrical conductivity. The proportion of insulating components can be selected in such a way that a low degree of percolation, that is to say a low concentration of the iron particles, can result, so that conduction paths of iron particles are only formed to a small extent. The formation of eddy currents and the associated eddy current losses when the magnetic field changes are thus minimized in the material.

Durch die Erfindung ergibt sich der Vorteil, dass das Spaltrohr eine hohe magnetische Leitfähigkeit und eine geringe elektrische Leitfähigkeit aufweist. Dadurch können Wirkungsgradeinbußen der elektromechanischen Maschine aufgrund von Eisenverlusten, welche Hysterese- und Wirbelstromverluste umfassen, reduziert werden.The invention has the advantage that the can has a high magnetic conductivity and a low electrical conductivity. As a result, losses in efficiency of the electromechanical machine due to iron losses, which include hysteresis and eddy current losses, can be reduced.

Die Erfindung weist optionale Weiterbildungen auf, durch die sich weitere Vorteile ergeben.The invention has optional further developments which result in further advantages.

Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass der weichmagnetische Verbundwerkstoff wenigstens ein Polymer umfasst. Mit anderen Worten handelt es sich bei dem Werkstoff um ein Komposit, welches ein Polymer als Matrixmaterial aufweist. Dadurch ergibt sich der Vorteil, dass der Verbundwerkstoff einen relativ flexiblen elektrischen Isolator aufweist. Es kann beispielsweise vorgesehen sein, dass der weichmagnetische Verbundwerkstoff metallische Partikel einer vorbestimmten Partikelgröße aufweist, die in einer Polymermatrix angeordnet sind und durch diese voneinander getrennt sind. Somit können die elektrisch leitenden Partikel durch das elektrisch isolierende Polymer voneinander getrennt werden, wodurch die Bildung von Leitungspfaden minimiert werden kann.A further development of the invention provides that the soft magnetic composite material comprises at least one polymer. In other words, the material is a composite which has a polymer as matrix material. This has the advantage that the composite material has a relatively flexible electrical insulator. It can be provided, for example, that the soft magnetic composite material has metallic particles of a predetermined particle size which are arranged in a polymer matrix and are separated from one another by this. The electrically conductive particles can thus be separated from one another by the electrically insulating polymer, as a result of which the formation of conduction paths can be minimized.

Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass der weichmagnetische Verbundwerkstoff wenigstens eine Keramik umfasst. Mit anderen Worten kann es vorgesehen sein, dass das Material des Spaltrohres ein Komposit ist, wobei zumindest ein Element des Komposits eine Keramik ist. Es kann beispielsweise vorgesehen sein, dass elektrisch leitende Partikel in einer elektrisch isolierenden Keramikmatrix angeordnet sind, um die Wirbelstromverluste reduzieren zu können. Durch die Weiterbildung ergibt sich der Vorteil, dass es möglich ist, hitzebeständige Spaltrohre bereitzustellen.A further development of the invention provides that the soft magnetic composite material comprises at least one ceramic. In other words, it can be provided that the material of the can is a composite, at least one element of the composite being a ceramic. It can be provided, for example, that electrically conductive particles are arranged in an electrically insulating ceramic matrix in order to be able to reduce the eddy current losses. The further development results in the advantage that it is possible to provide heat-resistant cans.

Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass der weichmagnetische Verbundwerkstoff zumindest einen Werkstoff aus der Gruppe der Somaloys umfasst. Somaloy ist eine Markenbezeichnung. Mit anderen Worten besteht das Spaltrohr ganz oder teilweise aus einem Verbundwerkstoff aus der Gruppe der Somaloys. Dabei kann es sich insbesondere um Somaloy 500 HR 1P, Somaloy 700 1P, Somaloy 700 HR 1P, Somaloy 700 3P, Somaloy 700 HR 3P, Somaloy 1000 3P, Somaloy 700 HR 5P, oder Somaloy 130i 5P handeln.A further development of the invention provides that the soft magnetic composite material comprises at least one material from the group of Somaloys. Somaloy is a brand name. In other words, the can is made entirely or partially of a composite material from the Somaloys group. This can in particular be Somaloy 500 HR 1P, Somaloy 700 1P, Somaloy 700 HR 1P, Somaloy 700 3P, Somaloy 700 HR 3P, Somaloy 1000 3P, Somaloy 700 HR 5P, or Somaloy 130i 5P.

Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass auf einer dem Rotor zugewandten Innenseite des Stators abwechselnd Statornuten und Statorzähne angeordnet sind, wobei das Spaltrohr an den Statorzähnen mit dem Stator verbunden ist und die Statornuten zumindest bereichsweise verschließt. Mit anderen Worten weist der Stator Nuten auf, die in Richtung des Rotors ausgerichtet sind. Die jeweiligen Statornuten sind durch Statorzähne des Stators voneinander getrennt. Die Statornuten weisen eine dem Rotor zugewandte Öffnung auf. Das Spaltrohr ist an den Statorzähnen mit dem Stator verbunden. Die Statornuten werden zumindest bereichsweise durch das Spaltrohr verschlossen. Mit anderen Worten erstreckt sich das Spaltrohr über die Öffnungen der Statornuten. Dadurch ergibt sich der Vorteil, dass die durch Spulen erzeugten Magnetfelder direkt durch das Spaltrohr verlaufen.A further development of the invention provides that stator slots and stator teeth are arranged alternately on an inner side of the stator facing the rotor, the can being connected to the stator teeth at the stator teeth and closing the stator slots at least in some areas. In other words, the stator has slots which are aligned in the direction of the rotor. The respective stator slots are separated from one another by stator teeth of the stator. The stator slots have an opening facing the rotor. The can is connected to the stator at the stator teeth. The stator slots are at least partially closed by the can. In other words, the can extends over the openings of the stator slots. This has the advantage that the magnetic fields generated by the coils run directly through the can.

Die Erfindung sieht vor, dass das Spaltrohr an einer dem Stator zugewandten Außenseite des Spaltrohres in einer Axialerstreckungsrichtung der elektromechanischen Wandlervorrichtung verlaufende Rippen aufweist, durch welche das Spaltrohr eine größere Breite in einer Radialerstreckungsrichtung aufweist als an den Senken zwischen den Rippen. Mit anderen Worten variiert die Dicke des Spaltrohres, wobei dieses auf seiner äußeren, dem Stator zugewandten Mantelfläche eine periodische Struktur aufweist. Die Struktur weist dabei Rippen und Senken auf, wobei das Spaltrohr an den Rippen eine größere Breite aufweist als an den Senken.The invention provides that the can has on an outer side of the can facing the stator in an axial direction of extension of the electromechanical converter device ribs, through which the can has a greater width in a radial direction than on the depressions between the ribs. In other words, the thickness of the can varies, with this having a periodic structure on its outer jacket surface facing the stator. The structure has ribs and depressions, the can having a greater width at the ribs than at the depressions.

Die Erfindung sieht vor, dass das Spaltrohr an den Rippen mit den Statorzähnen mit dem Stator verbunden ist und die Senken in Radialerstreckungsrichtung gegenüber den Statornuten angeordnet sind. Mit anderen Worten weist das Spaltrohr an den Statorzähnen eine größere Breite in der Radialerstreckungsrichtung auf als an den Statornuten. Durch die Weiterbildung ergibt sich der Vorteil, dass ein magnetischer Streufluss an dem Spaltrohr minimiert werden kann. Es ist beispielsweise möglich, dass das Spaltrohr an den Senken dünner ist als an den Rippen, wodurch ein geringerer Anteil des Magnetfeldes in eine Tangentialrichtung des Spaltrohrs geleitet wird.The invention provides that the can is connected to the stator at the ribs with the stator teeth and the depressions are arranged in the radial direction of extent opposite the stator slots. In other words, the can has a greater width in the direction of radial extent on the stator teeth than on the stator slots. The development results in the advantage that a magnetic leakage flux on the can can be minimized. For example, it is possible that the can is thinner at the depressions than at the ribs, as a result of which a smaller proportion of the magnetic field is conducted in a tangential direction of the can.

Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass das Spaltrohr einen konstanten Innenradius aufweist. Mit anderen Worten ist es vorgesehen, dass bei einer variierenden Breite des Spaltrohres ein Außenradius des Spaltrohres variiert, der Innenradius jedoch konstant bleibt. Dadurch ergibt sich der Vorteil, dass der Rotor während einer Umdrehung einen konstanten Abstand zu dem Spaltrohr aufweist.A further development of the invention provides that the can has a constant inner radius. In other words, it is provided that with a varying width of the can, an outer radius of the can varies, but the inner radius remains constant. This has the advantage that the rotor is at a constant distance from the can during one revolution.

Die Erfindung umfasst auch ein Kraftfahrzeug mit zumindest einer elektromechanischen Wandlervorrichtung, die zumindest einen Stator und wenigstens ein zwischen dem Rotor und dem Stator angeordnetes Spaltrohr aufweist, wobei das Spaltrohr zumindest einen weichmagnetischen Verbundwerkstoff umfasst. Die elektromechanische Wandlervorrichtung kann beispielsweise an einer Achse eines Kraftfahrzeugs angeordnet sein, um das Kraftfahrzeug anzutreiben.The invention also comprises a motor vehicle with at least one electromechanical converter device which has at least one stator and at least one can arranged between the rotor and the stator, the can comprising at least one soft magnetic composite material. The electromechanical converter device can for example be arranged on an axle of a motor vehicle in order to drive the motor vehicle.

Zu der Erfindung gehören auch Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs, die Merkmale aufweisen, wie sie bereits im Zusammenhang mit den Weiterbildungen der erfindungsgemäßen elektromechanischen Wandlervorrichtung beschrieben worden sind. Aus diesem Grund sind die entsprechenden Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs hier nicht noch einmal beschrieben.The invention also includes further developments of the motor vehicle according to the invention which have features as they have already been described in connection with the further developments of the electromechanical converter device according to the invention. For this reason, the corresponding developments of the motor vehicle according to the invention are not described again here.

Das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug ist bevorzugt als Kraftwagen, insbesondere als Personenkraftwagen oder Lastkraftwagen, oder als Personenbus oder Motorrad ausgestaltet.The motor vehicle according to the invention is preferably designed as a motor vehicle, in particular as a passenger vehicle or truck, or as a passenger bus or motorcycle.

Die Erfindung umfasst auch die Kombinationen der Merkmale der beschriebenen Ausführungsformen.The invention also includes the combinations of the features of the described embodiments.

Im Folgenden sind Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben. Hierzu zeigt:

1 einen Längsschnitt durch die elektromechanische Wandlervorrichtung;
2 den Stator, an welchem das Spaltrohr angeordnet ist;
3 einen Nahbereich einer elektromechanischen Wandlervorrichtung; und
4 einen weichmagnetischen Verbundwerkstoff.

Exemplary embodiments of the invention are described below. This shows:

1 a longitudinal section through the electromechanical converter device;
2 the stator on which the can is arranged;
3 a close range of an electromechanical converter device; and
4th a soft magnetic composite material.

Bei den im Folgenden erläuterten Ausführungsbeispielen handelt es sich um bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung. Bei den Ausführungsbeispielen stellen die beschriebenen Komponenten der Ausführungsformen jeweils einzelne, unabhängig voneinander zu betrachtende Merkmale der Erfindung dar, welche die Erfindung jeweils auch unabhängig voneinander weiterbilden. Daher soll die Offenbarung auch andere als die dargestellten Kombinationen der Merkmale der Ausführungsformen umfassen. Des Weiteren sind die beschriebenen Ausführungsformen auch durch weitere der bereits beschriebenen Merkmale der Erfindung ergänzbar.The exemplary embodiments explained below are preferred embodiments of the invention. In the exemplary embodiments, the described components of the embodiments each represent individual features of the invention that are to be considered independently of one another and that also develop the invention independently of one another. Therefore, the disclosure is intended to include combinations of the features of the embodiments other than those shown. Furthermore, the described embodiments can also be supplemented by further features of the invention already described.

In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen jeweils funktionsgleiche Elemente.In the figures, the same reference symbols denote functionally identical elements.

1 zeigt einen Längsschnitt durch eine elektromechanische Wandlervorrichtung. Die elektromechanische Wandlervorrichtung 1 kann beispielsweise in einem Kraftfahrzeug 2 angeordnet sein. Die elektromechanische Wandlervorrichtung 1 kann zumindest einen Rotor, 3 und zumindest einen Stator 4 aufweisen. In 1, 2 und 3 sind jeweils auf die elektromechanische Wandlervorrichtung 1 bezogene Koordinatensysteme angegeben, welche durch eine Achsenrichtung z, durch eine Radialrichtung r sowie durch einen Winkel φ definiert sind. Die Achsenrichtung z entspricht vorliegend allgemein einer Rotationsachse 5 des Rotors 3. Der Rotor 3 und der Stator 4 können entlang der Rotationsachse 5 angeordnet sein. Der Rotor 3 kann von dem Stator 4 zumindest bereichsweise umschlossen sein. Der Rotor 3 kann derart angeordnet sein, dass er um die Rotationsachse 5 rotieren kann. In dem Stator 4 und/oder dem Rotor 3 können Spulen 6 angeordnet sein, um ein magnetisches Feld 7 bereitzustellen. Bei der elektromechanischen Wandlervorrichtung 1 kann es sich um eine elektrische Maschine, beispielsweise einen Elektromotor oder einen Stromgenerator handeln. Es kann vorgesehen sein, dass der Stator 4 und der Rotor 3 innerhalb eines Gehäuses 8 der elektromechanischen Wandlervorrichtung 1 angeordnet sind. Zwischen dem Stator 4 und dem Rotor 3 kann ein Spaltrohr 9 angeordnet sein. Das Spaltrohr 9 kann dafür vorgesehen sein, ein Kühlmedium 10, welches zur Kühlung der Spulen 6 durch den Stator 4 geleitet werden kann, fluidisch von dem Rotor 3 zu trennen. Das Spaltrohr 9 kann ein Hohlzylinder sein, wobei innerhalb des Hohlzylinders der Rotor 3 angeordnet sein kann. Um eine hohe Effizienz zu ermöglichen, kann es erforderlich sein, dass das Magnetfeld 7, welches durch die Spulen 6 generiert wird, durch das Spaltrohr 9 ohne große Verluste geleitet werden muss. Das Spaltrohr 9 muss somit eine möglichst hohe magnetische Leitfähigkeit aufweisen, um Magnetisierungsverluste minimieren zu können. Gleichzeitig kann es erforderlich sein, Verluste durch Induktion, welche durch Wirbelströme 21 in dem Spaltrohr 9 auftreten können, zu reduzieren. Somit ist eine möglichst geringe elektrische Leitfähigkeit des Spaltrohres 9 gewünscht. Um dies sicherstellen zu können, kann es vorgesehen sein, dass das Spaltrohr 9 zumindest teilweise aus einem weichmagnetischen Verbundwerkstoff 11 besteht. Der weichmagnetische Verbundwerkstoff 11 kann beispielsweise Eisenpartikel einer vorbestimmten Partikelgröße umfassen, welche in einer Matrix aus einer Keramik oder einem Polymer angeordnet sind, wobei das Polymer und/oder die Keramik elektrisch isolierend wirken. Die Partikelgröße und das Mischverhältnis können so gewählt sein, dass sich wenige Leitungspfade durch das Spaltrohr 9 bilden, sodass elektrische Wirbelströme 21 reduziert werden können. Das Spaltrohr 9 kann insbesondere aus einem Verbundwerkstoff 11 aus der Gruppe der Somaloys bestehen. Das Spaltrohr 9 kann beispielsweise für eine Wickelkopfkühlung mit dem Kühlmedium 10 verwendet werden. Das Spaltrohr 9 (aus SMC) ermöglicht die Trennung des Stator 4 von dem Rotor 3 und weist eine entsprechende Wandstärke auf. In diesem Fall kann der Stator 4 mit dem Kühlmedium 10 (unter Druck) gekühlt werden, ohne dass der schnelldrehende Rotor 3 mit dem Kühlmedium 10 in Kontakt kommt. In diesem Beispiel ist die Wärmeableitung aus der Statorwicklung des Stators 4 sehr intensiv. Es ermöglicht bei einem vorgegebenen Bauraum die Leistung der elektromechanischen Wandlervorrichtung 1 zu steigen. 1 shows a longitudinal section through an electromechanical converter device. The electromechanical converter device 1 can for example in a motor vehicle 2 be arranged. The electromechanical converter device 1 can at least one rotor, 3 and at least one stator 4th exhibit. In 1 , 2 and 3 are each on the electromechanical converter device 1 related coordinate systems specified, which are defined by an axis direction z, by a radial direction r and by an angle φ. The axis direction z in the present case generally corresponds to an axis of rotation 5 of the rotor 3 . The rotor 3 and the stator 4th can along the axis of rotation 5 be arranged. The rotor 3 can from the stator 4th be at least partially enclosed. The rotor 3 can be arranged so that it is about the axis of rotation 5 can rotate. In the stator 4th and / or the rotor 3 can coils 6 be arranged around a magnetic field 7th to provide. In the case of the electromechanical converter device 1 it can be an electrical machine, for example an electric motor or a power generator. It can be provided that the stator 4th and the rotor 3 within a housing 8th the electromechanical converter device 1 are arranged. Between the stator 4th and the rotor 3 can be a can 9 be arranged. The can 9 can be provided for a cooling medium 10 , which is used to cool the coils 6 through the stator 4th can be directed fluidly from the rotor 3 to separate. The can 9 can be a hollow cylinder, with the rotor inside the hollow cylinder 3 can be arranged. To enable high efficiency, it may be necessary that the magnetic field 7th which through the coils 6 is generated by the can 9 must be conducted without major losses. The can 9 must therefore have the highest possible magnetic conductivity in order to be able to minimize magnetization losses. At the same time it may be necessary to reduce losses by induction, which by eddy currents 21st in the can 9 can occur to reduce. Thus, the electrical conductivity of the can is as low as possible 9 desired. In order to be able to ensure this, it can be provided that the can 9 at least partially made of a soft magnetic composite material 11 consists. The soft magnetic composite material 11 can for example comprise iron particles of a predetermined particle size which are arranged in a matrix made of a ceramic or a polymer, the polymer and / or the ceramic having an electrically insulating effect. The particle size and the mixing ratio can be selected so that there are few conduction paths through the can 9 form so that electrical eddy currents 21st can be reduced. The can 9 can in particular made of a composite material 11 consist of the group of Somaloys. The can 9 can, for example, be used for end winding cooling with the cooling medium 10 be used. The can 9 (from SMC) enables the stator to be separated 4th from the rotor 3 and has a corresponding wall thickness. In this case the stator can 4th with the cooling medium 10 (under pressure) can be cooled without the rapidly rotating rotor 3 with the cooling medium 10 comes into contact. In this example the heat dissipation from the stator winding is the stator 4th very intensive. With a given installation space, it enables the performance of the electromechanical converter device 1 to rise.

2 zeigt den Stator, an welchem das Spaltrohr angeordnet ist. Der Rotor 3 kann Statorzähne 12 und Statornuten 13 aufweisen, wobei die Statornuten 13 durch die Statorzähne 12 begrenzt sein können. Das Spaltrohr 9 kann an den Statorzähnen 12 des Stators 4 angeordnet sein. Das Spaltrohr 9 kann variierende radiale Breiten 14, auch Wandstärke genannt, aufweisen. Die radiale Breite 14 des Spaltrohrs 9 kann derart variieren, dass sich Rippen 15 mit einer höheren radialen Breite 14 und Senken 16 mit einer geringeren radiale Breite 14 auf dem Spaltrohr 9 ausbilden können. Eine jeweilige Senke 16 kann durch Rippen 15 begrenzt sein. Somit kann auf einer Außenseite des Spaltrohrs 9 ein periodisches Muster aus den Rippen 15 und den Senken 16 angeordnet sein. Die Statornuten 13 können zur Aufnahme der Spulen 6 vorgesehen sein. Ein Innenradius 17 des Spaltrohres 9 kann konstant sein. 2 shows the stator on which the can is arranged. The rotor 3 can stator teeth 12 and stator slots 13 have, the stator slots 13 through the stator teeth 12 can be limited. The can 9 can on the stator teeth 12 of the stator 4th be arranged. The can 9 can have varying radial widths 14th , also called wall thickness, have. The radial width 14th of the can 9 can vary in such a way that there are ribs 15th with a higher radial width 14th and sinks 16 with a smaller radial width 14th on the can 9 can train. A respective sink 16 can by ripping 15th be limited. Thus, on an outside of the can 9 a periodic pattern from the ribs 15th and the sinks 16 be arranged. The stator slots 13 can to accommodate the coils 6 be provided. An inside radius 17th of the can 9 can be constant.

3 zeigt einen Nahbereich der elektromechanischen Wandlervorrichtung. Der Stator 4 kann die Statorzähne 12 und die Statornuten 13 aufweisen, wobei in den jeweiligen Statornuten 13 die jeweilige Spule 6 angeordnet sein kann. Die Spule 6 kann dafür vorgesehen sein, das magnetische Feld 7 bereitzustellen, um beispielsweise den Rotor 3 antreiben zu können. Zwischen dem Stator 4 und dem Rotor 3 kann sich ein Spalt 18 befinden. In diesem Spalt 18 kann das Spaltrohr 9 angeordnet sein. Um magnetische Streuflüsse reduzieren zu können, kann es vorgesehen sein, dass das Spaltrohr 9 derart an dem Stator 4 angeordnet ist, dass sich gegenüber einer Öffnung einer der jeweiligen Statornuten 13 eine der Senken 16 des Spaltrohrs 9 befinden kann, wobei die radiale Breite 14 des Spaltrohrs 9 an der Statornut 13 eine geringer sein kann als an dem Statorzahn 12. 3 shows a close range of the electromechanical converter device. The stator 4th can the stator teeth 12 and the stator slots 13 have, in the respective stator slots 13 the respective coil 6 can be arranged. The sink 6 can be provided for the magnetic field 7th provide, for example, the rotor 3 drive to be able to. Between the stator 4th and the rotor 3 can be a crack 18th are located. In this gap 18th can the can 9 be arranged. In order to be able to reduce magnetic leakage flux, it can be provided that the can 9 such on the stator 4th is arranged that one of the respective stator slots is opposite an opening 13 one of the sinks 16 of the can 9 can be located, where the radial width 14th of the can 9 at the stator slot 13 one can be less than on the stator tooth 12 .

Das Spaltrohr 9 kann die Rippen 15 entlang der axialen Richtung auf einer äußeren, dem Stator 4 zugewandten Seite aufweisen und dadurch die ungleichmäßige radiale Breite 14 aufweisen. Dadurch kann eine mechanische Festigkeit gegen Deformationen (z.B. Biegen) erhöht werden und gleichzeitig der Innenradius 17 des Spaltrohres 9 konstant sein. An einer der jeweiligen Rippen 15 kann die radiale Breite 14 des Spaltrohrs 9 größer sein. Eine jeweilige der Rippen 15 kann vor dem jeweiligen Statorzahn 12 und nicht vor der jeweiligen Statornut 13 liegen. Der Grund für diese Anordnung besteht in der Wirkung des Spaltrohres 9. Durch das Spaltrohr 9 wird eine jeweilige Statornut 13 magnetisch geschlossen. Dadurch kann nach dem Stand der Technik ein ungewünschter magnetischer Streufluss verursacht werden. Der Stator 4 und das Spaltrohr 9 wirken zusammen wie ein zusammengesetzter Stator 4 mit geschlossenen Statornuten 13, wie es beispielsweise bei geschlossenen Statornuten 13 des Rotors 3 einer Asynchronmaschine nach dem Stand der Technik ist. Um den Streufluss gering zu halten, muss hier die radiale Breite 14 des Spaltrohrs 9 klein sein. So sättigt sich das Material vor der Statornut 13 magnetisch. Dies begrenzt den Streufluss.The can 9 can the ribs 15th along the axial direction on an outer one, the stator 4th Have facing side and thereby the uneven radial width 14th exhibit. This can increase mechanical strength against deformation (eg bending) and at the same time the inner radius 17th of the can 9 be constant. On one of the respective ribs 15th can be the radial width 14th of the can 9 to be taller. A respective one of the ribs 15th can in front of the respective stator tooth 12 and not in front of the respective stator slot 13 lie. The reason for this arrangement is the effect of the can 9 . Through the can 9 becomes a respective stator slot 13 magnetically closed. According to the prior art, this can cause undesired magnetic leakage flux. The stator 4th and the can 9 work together like a composite stator 4th with closed stator slots 13 as is the case with closed stator slots, for example 13 of the rotor 3 an asynchronous machine according to the prior art. In order to keep the leakage flux low, the radial width must be used here 14th of the can 9 be small. The material in front of the stator slot is thus saturated 13 magnetic. This limits the leakage flux.

Um eine hohe Effizienz bei elektrischen Maschinen zu erreichen, ist es notwendig, den Spalt 18 als radialen Abstand zwischen dem Stator 4 und dem Rotor 3 (Luftspalte bzw. magnetische Spalte) so klein wie möglich zu wählen. In der Praxis wird der Spalt 18 so gewählt, dass der Stator 4 und der Rotor 3 Komponenten in ungünstigen Fällen (Fertigung auf Grenztoleranzen, Temperaturausdehnung, Geometrieveränderung durch hohe Drehzahl) nicht kollidieren. Aktuelle Werte des Spalts 18 betragen beispielsweise 0,6 mm im Nominalmaß.In order to achieve high efficiency in electrical machines, it is necessary to reduce the gap 18th as the radial distance between the stator 4th and the rotor 3 (Air gaps or magnetic gaps) should be chosen as small as possible. In practice, the gap 18th chosen so that the stator 4th and the rotor 3 Components do not collide in unfavorable cases (manufacturing to limit tolerances, temperature expansion, geometry change due to high speed). Current values of the gap 18th are, for example, 0.6 mm in nominal dimensions.

Aus unterschiedlichen Konstruktionsgründen kann die Anforderung kommen, dass das Spaltrohr 9 zwischen dem Stator 4 und dem Rotor 3 eingebaut werden soll. Dies kann beispielsweise zum Trennen des Aktivraums oder der Wicklung notwendig sein. Um das Spaltrohr 9 mit der ausreichenden radiale Breite 14 einbauen zu können, muss der Spalt 18 vergrößert werden. Dadurch ergibt sich auch ein größerer magnetischer Spalt, wodurch der Wirkungsgrad der elektromechanischen Wandlervorrichtung 1 reduziert wird. Der effektive magnetische Spalt umfasst die radiale Breite 14 des Spaltrohres 9, wenn dieses aus einem nicht magnetisch leitenden Material besteht und den Spalt 18.For different design reasons, there may be a requirement that the can 9 between the stator 4th and the rotor 3 should be installed. This can be necessary, for example, to separate the active space or the winding. Around the can 9 with sufficient radial width 14th To be able to install, the gap must 18th be enlarged. This also results in a larger magnetic gap, which increases the efficiency of the electromechanical converter device 1 is reduced. The effective magnetic gap is the radial width 14th of the can 9 if this consists of a non-magnetically conductive material and the gap 18th .

Um den effektiven magnetischen Spalt reduzieren zu können, ist es vorgesehen, weichmagnetische Verbundwerkstoffe (SMC - soft magnetic composite) als Material für das Spaltrohr 9 zu verwenden. SMC Verbundwerkstoffe sind magnetisch leitfähig. Im Vergleich zu einem magnetisch nicht leitendem Material (mit einer Permeabilitätszahl µr von ungefähr 1) wie z.B. Kunststoff, wird der effektive magnetische Spalt (Magnetischer Spalte zwischen dem Stator 4 und dem Rotor 3 durch ein Spaltrohr 9 aus dem weichmagnetischen Verbundwerkstoff 11 nicht erhöht. Mit weichmagnetischen Verbundwerkstoffen ist es somit möglich, den effektiv magnetisch wirkenden spalt so klein wie möglich zu halten.In order to be able to reduce the effective magnetic gap, it is intended to use soft magnetic composite materials (SMC - soft magnetic composite) as the material for the can 9 to use. SMC composite materials are magnetically conductive. Compared to a magnetically non-conductive material (with a permeability number µr of approximately 1) such as plastic, the effective magnetic gap (magnetic gap between the stator 4th and the rotor 3 through a can 9 from the soft magnetic composite material 11 not increased. With soft magnetic composite materials it is thus possible to keep the effectively magnetically acting gap as small as possible.

Im Vergleich zu konventionellen magnetisch leitenden Materialen, wie Eisen, entstehen in weichmagnetischen Verbundwerkstoffen deutlich weniger Wirbelstromverluste und dadurch Eisenverluste im rotierenden magnetischen Feld. Der Wirkungsgrad ändert sich somit nicht wesentlich. In der Figur ist ein Spaltrohr 9 aus einem weichmagnetischen Verbundwerkstoff 11 zu sehen, das zwischen dem Stator 4 und dem Rotor 3 angeordnet ist. Aufgrund der Materialeigenschaften von SMC wird das fehlende Material aus dem Blechpaket mit SMC ersetzt. Somit stimmt der Spalt 18 mit dem effektiven magnetischen Spalt überein.Compared to conventional magnetically conductive materials such as iron, there are significantly fewer eddy current losses in soft magnetic composite materials and thus iron losses in the rotating magnetic field. The efficiency does not change significantly. In the figure is a can 9 made of a soft magnetic composite material 11 to see that between the stator 4th and the rotor 3 is arranged. Due to the material properties of SMC, the missing material from the laminated core is replaced with SMC. So the gap is correct 18th coincides with the effective magnetic gap.

Das Spaltrohr 9 oder Trennrohr hat nach dem Stand der Technik eine gleichmäßige radiale Breite 14 (Wanddicke) und weist somit keine Rippen 15 auf. Aufgrund der kleinen radiale Breite 14 (Rohr ist immer so dünnwandig, wie das möglich ist), hat das Spaltrohr 9 eine geringere mechanische Festigkeit gegen Deformationen, wie sie durch radiale Kräfte oder Biegekräfte auftreten können. Wenn das Spaltrohr 9 aus dem magnetisch leitenden Material besteht, wirken der Stator 4 und das Spaltrohr 9 zusammen wie der Stator 4 mit geschlossenen Statornuten 13. Wenn das Spaltrohr 9 aus einem magnetisch nicht leitenden Material besteht, wirken der Stator 4 und das Spaltrohr 9 zusammen wie ein Stator 4 mit geöffneten Statornuten 13.The can 9 or separation tube has a uniform radial width according to the prior art 14th (Wall thickness) and therefore has no ribs 15th on. Because of the small radial width 14th (Pipe is always as thin-walled as possible), the can has 9 a lower mechanical strength against deformations such as can occur due to radial forces or bending forces. When the can 9 consists of the magnetically conductive material, the stator act 4th and the can 9 together like the stator 4th with closed stator slots 13 . When the can 9 consists of a magnetically non-conductive material, the stator act 4th and the can 9 together like a stator 4th with open stator slots 13 .

4 zeigt einen weichmagnetischen Verbundwerkstoff. Der weichmagnetische Verbundwerkstoff 11 kann Partikel 19 aus Eisen aufweisen, welche von einem elektrisch isolierendem Matrixmaterial 20 eingebettet und somit umschlossen sein können. Somit leitet der Verbundwerkstoff 11 ein Magnetfeld 7. Aufgrund der Abstände zwischen den Partikeln 19 ist die elektrische Leitfähigkeit gegenüber Materialien, welche nach dem Stand der Technik für das Spaltrohr 9 verwendet werden könnten, reduziert, sodass Verluste durch Wirbelströme 21 reduziert sind. Hierbei handelt es sich oft um weichmagnetische, gesinterte Materialen. 4th shows a soft magnetic composite material. The soft magnetic composite material 11 can particles 19th made of iron, which of an electrically insulating matrix material 20th can be embedded and thus enclosed. Thus the composite material conducts 11 a magnetic field 7th . Because of the distances between the particles 19th is the electrical conductivity to materials, which according to the state of the art for the can 9 could be used, reducing eddy current losses 21st are reduced. These are often soft magnetic, sintered materials.

Konventionelle, weichmagnetische, gesinterte Materialen sind magnetisch leitend und bestehen aus nur einem Material (Metallpulver). Sie fallen somit nicht in die Kategorie der Kompositwerkstoffe. Zwischen zwei nebeneinander liegenden Pulverpartikeln befinden sich Gase (wie Luft) oder ein Vakuum, sodass es sich um ein poröses Material handelt. Zwei nebeneinander liegende Pulverpartikel berühren sich metallisch, haben eine metallische, elektrisch leitende Schnittstelle. Zwischen zwei nebeneinander liegenden Pulverpartikeln kann dann ein Strom fließen und somit Wirbelströme 21 entstehen. Aufgrund dieser Wirbelströme 21 können hohe Eisenverluste im Material auftreten. Aufgrund dieser Eisenverluste haben diese gesinterten Materialen keinen Vorteil gegenüber traditionellen, laminierten Elektroblechen, und werden deswegen in Elektromotoren nicht verwendet.Conventional, soft magnetic, sintered materials are magnetically conductive and consist of only one material (metal powder). They therefore do not fall into the category of composite materials. There are gases (such as air) or a vacuum between two powder particles lying next to each other, so it is a porous material. Two powder particles lying next to each other touch each other in a metallic way and have a metallic, electrically conductive interface. A current can then flow between two powder particles lying next to one another and thus eddy currents 21st arise. Because of these eddy currents 21st high iron losses can occur in the material. Because of these iron losses, these sintered materials have no advantage over traditional, laminated electrical steel sheets and are therefore not used in electric motors.

Weichmagnetische Verbundwerkstoffe (Soft Magnetic Composite (SMC)) sind magnetisch leitend und können aus zumindest zwei Materialen bestehen. Eines der Materialien kann das Matrixmaterial 20 (Verbundmaterial) wie Kunststoff sein, während das andere ein weichmagnetisches Material (Metallpulver) sein kann. Es handelt sich hierbei somit um Kompositwerkstoffe. Die Partikel 19 des Metallpulvers sind im Matrixmaterial 20 eingebettet. Zwei nebeneinander liegende Partikel 19 berühren sich nicht und haben somit keine metallische, elektrisch leitende Schnittstelle. Zwischen benachbarten Partikeln 19 fließt somit kein Strom, wodurch keine oder geringe Wirbelströme 21 auftreten können. Es ergeben sich hierdurch nur sehr geringe Eisenverluste, wodurch weichmagnetische Verbundwerkstoffe in Elektromotoren (für den Stator 4 oder den Rotor 3) eignen können.Soft magnetic composite materials (Soft Magnetic Composite (SMC)) are magnetically conductive and can consist of at least two materials. One of the materials can be the matrix material 20th (Composite material) such as plastic, while the other can be a soft magnetic material (metal powder). It is therefore a matter of composite materials. The particles 19th of the metal powder are in the matrix material 20th embedded. Two particles lying next to each other 19th do not touch and therefore have no metallic, electrically conductive interface. Between neighboring particles 19th No current therefore flows, which means that there are little or no eddy currents 21st may occur. This results in only very low iron losses, which means that soft magnetic composite materials in electric motors (for the stator 4th or the rotor 3 ) can be suitable.

Im Vergleich dazu sind gegossene Metalle (durch traditionellen Gussverfahren hergestellt) elektrisch leitend, wodurch große Wirbelströme 21 entstehen können. Aus Gründen der Effizienz sind sie für ein Spaltrohr 9 in E-Maschinen nicht optimal. Trotzdem werden sie in Pumpen, wo ein Wirkungsgrad nicht so hoch sein darf, und flüssiges Kühlmedium 10 (z.B. Wasser) das Spaltrohr 9 gut kühlen kann, verwendet. Gegossene Metalle weisen eine geringe Porosität auf. Die Magnetisierbarkeit gegossener Metalle hängt von der gewählten Legierung ab (z.B. ein Edelstahl oder austenitische Stähle können nicht magnetisch leitend sein).In comparison, cast metals (made by traditional casting processes) are electrically conductive, creating large eddy currents 21st can arise. For reasons of efficiency, they are for a can 9 not optimal in electric machines. Nevertheless, they are used in pumps, where the degree of efficiency must not be so high, and liquid cooling medium 10 (e.g. water) the can 9 can cool well, used. Cast metals have a low porosity. The magnetizability of cast metals depends on the selected alloy (e.g. stainless steel or austenitic steels cannot be magnetically conductive).

Insgesamt zeigen die Beispiele, wie durch die Erfindung Wirkungsgradverluste aufgrund einer Anordnung eines Spaltrohres in einer elektromechanischen Wandlervorrichtung reduziert werden können.Overall, the examples show how efficiency losses due to an arrangement of a can in an electromechanical converter device can be reduced by the invention.

Claims

Electromechanical converter device (1), comprising at least one rotor (3), at least one stator (4) and at least one can (9) arranged between the rotor (3) and the stator (4), the can (9) at least one magnetically soft Comprises composite material (11), the can (9) on an outside of the can (9) facing the stator (4) has ribs (15) which extend in an axial direction of extension of the electromechanical converter device (1) and through which the can (9) has a larger Width (14) in a radial direction of extent than on depressions (16) between the ribs (15) and the can (9) on the ribs (15) with the stator teeth (12) is connected to the stator (4) and the depressions ( 16) are arranged in the radial direction opposite the stator slots (13).

Electromechanical converter device (1) according to Claim 1 , characterized in that the soft magnetic composite material (11) comprises at least one polymer.

Electromechanical converter device (1) according to Claim 1 or 2 , characterized in that the soft magnetic composite material (11) comprises at least one ceramic.

Electromechanical converter device (1) according to one of the preceding claims, characterized in that alternately stator slots (13) and stator teeth (12) are arranged on an inner side of the stator (4) facing the rotor (3), the can (9) on the Stator teeth (12) is connected to the stator (4) and the stator slots (13) at least partially closes.

Electromechanical converter device (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the can (9) has a constant inner radius (17).

Motor vehicle (2), having at least one electromechanical converter device (1) according to one of the Claims 1 to 5 .