EP2678921A2 - Internally exicted synchronous motor comprising a permanent magnet rotor with multiple corrosion protection - Google Patents

Internally exicted synchronous motor comprising a permanent magnet rotor with multiple corrosion protection

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Publication number
EP2678921A2
EP2678921A2 EP11705462.7A EP11705462A EP2678921A2 EP 2678921 A2 EP2678921 A2 EP 2678921A2 EP 11705462 A EP11705462 A EP 11705462A EP 2678921 A2 EP2678921 A2 EP 2678921A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
module
rotor
permanent magnets
recesses
laminated core
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP11705462.7A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Johann Neiszer
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Andritz Ritz GmbH
Original Assignee
Andritz Ritz GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Andritz Ritz GmbH filed Critical Andritz Ritz GmbH
Publication of EP2678921A2 publication Critical patent/EP2678921A2/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K5/00—Casings; Enclosures; Supports
    • H02K5/04—Casings or enclosures characterised by the shape, form or construction thereof
    • H02K5/12—Casings or enclosures characterised by the shape, form or construction thereof specially adapted for operating in liquid or gas
    • H02K5/132—Submersible electric motors
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K1/00—Details of the magnetic circuit
    • H02K1/04—Details of the magnetic circuit characterised by the material used for insulating the magnetic circuit or parts thereof
    • H—ELECTRICITY
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    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K1/00—Details of the magnetic circuit
    • H02K1/06—Details of the magnetic circuit characterised by the shape, form or construction
    • H02K1/22—Rotating parts of the magnetic circuit
    • H02K1/27—Rotor cores with permanent magnets
    • H02K1/2706—Inner rotors
    • H02K1/272—Inner rotors the magnetisation axis of the magnets being perpendicular to the rotor axis
    • H02K1/274—Inner rotors the magnetisation axis of the magnets being perpendicular to the rotor axis the rotor consisting of two or more circumferentially positioned magnets
    • H02K1/2753—Inner rotors the magnetisation axis of the magnets being perpendicular to the rotor axis the rotor consisting of two or more circumferentially positioned magnets the rotor consisting of magnets or groups of magnets arranged with alternating polarity
    • H02K1/276—Magnets embedded in the magnetic core, e.g. interior permanent magnets [IPM]
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    • H02K5/04—Casings or enclosures characterised by the shape, form or construction thereof
    • H02K5/12—Casings or enclosures characterised by the shape, form or construction thereof specially adapted for operating in liquid or gas
    • H02K5/128—Casings or enclosures characterised by the shape, form or construction thereof specially adapted for operating in liquid or gas using air-gap sleeves or air-gap discs

Definitions

  • the present invention relates to electric machines excited by permanent magnets.
  • the invention relates to a rotor of an electric machine which rotates in a liquid medium and embedded in the permanent magnets (internally excited electric machine).
  • the rotor of a three-phase machine In the field of electric drives, it is necessary or favorable in some applications, when the rotor of a three-phase machine is not in a gas-filled space, but in a space filled with a liquid.
  • Such rotors or the electrical machines formed therewith are also referred to as wet rotors.
  • the rotor can run in many conceivable liquid media, such as. As in drinking water, salt water or other aggressive liquids. In this case, the rotor and its components have to be affected by the liquid medium, such as. B. corrosion, to be able to achieve a high reliability and life of the electric machine.
  • the concept of the wet runner has z.
  • a liquid coolant such as water, can better dissipate the waste heat generated during operation than a gas. Thus, heat accumulation and damage of the rotor components can be more easily avoided. This can also be an overheating of the magnet, d. H. a possible demagnetization of the magnets to be countered.
  • the wet-runner concept also has design advantages.
  • the test pressure is 1,000 bar, with the internal pressure of gas-filled electrical machines being on the order of 1 bar.
  • Such high pressure differences are hardly manageable by means of mechanical seals on shafts or other sealants.
  • three-phase machines with permanent magnet excitation have advantages over other three-phase machines (such as asynchronous machines, synchronized synchronous machines) with regard to design complexity, reliability, efficiency, torque and reactive current load of the power supply. or reluctance machines).
  • three-phase machines with permanent magnet excitation it is also common due to the mounting problems occurring at high speeds not to attach the magnets to the peripheral surface of the rotor, but to embed in cavities within a magnetically active rotor part.
  • the permanent magnets are generally made of materials that are also susceptible to corrosion. It is therefore difficult and expensive to produce wet rotors with permanent magnet excitation, which have a high reliability and a long life.
  • DE 10 2007 028 356 A1 shows an electric motor with a rotor, which consists of a rotor active part forming rotor modules.
  • permanent magnets are integrated into the rotor active part or the rotor modules so that they are protected against chemical attack.
  • the rotor active part and a shaft connected thereto are made of a corrosion-resistant stainless steel and are preferably made in one piece.
  • a use of modules in the form of packetized sheet metal sections as known from EP 1 657 800 A1, excretes. Since no secure seal between such individual, stacked laminations is possible, as a result, no protection of the permanent magnet against corrosive media is possible.
  • the rotor modules are connected to one another in a form-fitting manner and the joints are sealed in a positive-locking and cohesive manner.
  • the pockets for receiving the magnets are sealed by separate means.
  • the connection between the sealing means and the rotor active part is preferably formed from welded joints.
  • the invention provides a module for a permanent magnet excited rotor of an electric machine which rotates in a liquid medium (wet rotor).
  • the module according to the invention comprises a cylindrical active part comprising a plurality of circular soft magnetic sheets assembled into a laminated core having a central opening for receiving a rotor shaft, at least two permanent magnets protected from the liquid medium, in at least two corresponding recesses are arranged in the laminated core, wherein the recesses are formed below a cylindrical peripheral surface of the laminated core.
  • the permanent magnets can be coated on all sides with a protective lacquer layer.
  • This lacquer layer is a first protective barrier for the corrosion-sensitive permanent magnets in front of the liquid medium.
  • the sheets may each have on at least one side a substantially full-surface adhesive layer and be gebgebacken to the laminated core.
  • This full-surface adhesive layer provides a second protective barrier for the corrosion-sensitive permanent magnets and for the corrosion-sensitive sheets.
  • the inner surfaces of the recesses may be provided in the laminated core with a substantially full-surface executed plastic coating. This inner surface coating provides a third protective barrier for the corrosion-sensitive permanent magnets and for the corrosion-sensitive sheets.
  • the gaps between the permanent magnets and the inner surfaces of the recesses in the laminated core may be substantially completely filled with a plastic filling.
  • This plastic filling is a fourth protective barrier for the corrosion-sensitive permanent magnets.
  • the permanent magnets may have a dimension in the axial direction of the module which is slightly smaller than the axial length of the module, wherein the permanent magnets in the axial direction of the module are arranged centrally in the recesses, so that they are spaced to the two end faces of the module , and wherein the respective spaces between the permanent magnets and the end faces of the module are substantially completely filled with a plastic filling.
  • This plastic filling is a fifth protective barrier for the corrosion-sensitive permanent magnets.
  • the complete module can be completely covered with a protective varnish.
  • This protective coating represents a sixth protective barrier for the corrosion-sensitive permanent magnets and the corrosion-sensitive sheets.
  • flow barriers may be formed in the form of further recesses in the laminated core, wherein these recesses are preferably filled substantially completely with a plastic. This prevents the liquid medium from collecting in cavities within the rotor.
  • a rotor of a permanent magnet excited electric machine having a rotor shaft and at least one module unit, the at least one module unit each comprising at least one module mounted on the rotor shaft according to the invention.
  • the at least one module unit in each case a plurality of the modules can be adhesively bonded to each other at their end surfaces by means of an adhesive layer substantially over the whole area. This bonding represents a seventh protective barrier for the corrosion-sensitive permanent magnets and the corrosion-sensitive sheets.
  • the at least one modular unit in its entirety can be provided with a protective lacquer coating in each case.
  • This coating represents an eighth protective barrier for the corrosion-sensitive permanent magnets and the corrosion-sensitive sheets.
  • the at least one complete modular unit can be encapsulated in each case with a sleeve made of a corrosion-resistant material.
  • This sleeve represents a ninth protective barrier for the corrosion-sensitive permanent magnets and the corrosion-sensitive sheets.
  • the rotor shaft and the sleeve may be made of stainless steel, wherein the sleeve has a circumferentially extending around the outer circumference of the module unit circumferential portion and two arranged on the opposite end faces of the modular unit end portions, and wherein the end portions at their radially inner edges each with the rotor shaft are welded.
  • a plurality of modular units can be arranged on the rotor shaft.
  • the performance of an electric machine formed with this rotor can be easily scaled.
  • an electric machine comprising a rotor according to the invention.
  • a machine is an internally permanent magnet-excited wet-running machine with a low-cost rotor, which is composed of laminations.
  • a pump comprising as a drive motor an electric machine according to the invention.
  • Such a pump can be made cheaper and has Even under difficult operating conditions such as extremely high external pressures high reliability and a long service life.
  • An advantage of the permanent magnet rotor module according to the present invention is that the rotor can be assembled from low-cost and easy-to-process laminations, without z. B. consuming processing methods for producing a one-piece rotor are required. Due to the arrangement of the magnets within the rotor module and the reliable protection of the laminations and the permanent magnets in front of the liquid medium, such as. As water, very long service life and high reliability can be achieved for such a constructed wet rotor rotor.
  • Fig. 1 is a perspective view of a laminated core of the rotor module according to the present invention.
  • Fig. 2 is a plan view of a rotor module according to the present invention with permanent magnets inserted.
  • Fig. 3 is an enlarged detail of the rotor module of Fig. 2, showing a permanent magnet used in the module and the arrangement of paint and plastic layers in more detail.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view showing a longitudinal section of a rotor module according to the present invention.
  • Fig. 5 is a side view of a rotor according to the present invention.
  • Fig. 6 is a plan view of a single sheet of another embodiment of the module of the present invention.
  • Fig. 7 is a longitudinal sectional view of another embodiment of a rotor according to the present invention.
  • a module 10 for a permanent magnet excited rotor of an electric machine which rotates in a liquid medium comprises a cylindrical active part.
  • This active part is formed of a soft magnetic laminated core 20 with permanent magnets 200 embedded therein.
  • the laminated core 20 of the rotor module 10 of the present invention comprises a stack of a plurality of laminations 100, which are made of a soft magnetic material, such as. B. commercial iron sheet sections of so-called transformer plate or dynamo plate. These similar sheet metal sections 100 preferably have a circular outer boundary and in the center have a substantially circular opening 110, which is coaxial to the circular outer boundary, for receiving a rotor shaft 30.
  • the opening 110 can be used to transmit torque between the active rotor part or the rotor module formed by the laminated core 20 10 and guided through the opening 110 rotor shaft 30 have a shape deviating from the circular shape, such. B.
  • laminations 100 are stacked in the same orientation so that the central opening 110 and the recesses 120 come to cover and thus in the laminated core 20 in the axial direction rectilinear passageways are formed.
  • the number of laminations 100 depends on the desired axial length and thus the performance of the rotor module 10 formed.
  • a typical module 10 has an axial length L of about 30 mm and contains about 60 stacked laminations.
  • the individual laminations 100 are coated on one or both sides before joining substantially full area with an insulating adhesive, so that they cake together in a baking process and form a solid unit in the form of the laminated core 20.
  • This adhesive layer 102 may be z. B.
  • This substantially full-surface adhesive layer 102 helps to protect the laminations 100 and embedded in the laminated core 20 permanent magnet 200 against aggressive influences from the liquid medium.
  • the laminations 100 further have recesses 120 for accommodating permanent magnets 200, corresponding to the number of poles of the rotor module 10.
  • recesses 120 for accommodating permanent magnets 200, corresponding to the number of poles of the rotor module 10.
  • Usual are at least two poles or a pair of poles and thus two recesses 120, but preferably four poles and thus four such recesses 120 are provided in a 90 ° -partition.
  • embodiments with four poles (two pole pairs) are shown in rotationally symmetrical arrangement. However, more than two pole pairs and thus more than four recesses 120 are possible.
  • the recesses 120 are within the circular outer boundary of the laminations 100 with a specific Spaced to the same and have correspondingly defined dimensions in the radial direction and in the circumferential direction, so that between the recesses 120 sufficiently strong webs remain, on the one hand record the centrifugal forces occurring during operation and on the other hand can ensure adequate magnetic properties.
  • the magnetic properties of the webs remaining between the recesses 120 influence the performance of the electrical machine and also its electrical properties.
  • the recesses 120 are preferably rectangular, as shown in the figures, since thus simple and inexpensive to manufacture permanent magnet 200 can be used in cuboid shape. However, other shapes for the recesses and the matching magnets are possible, such. B. circular arc sections or trapezoidal shapes.
  • the recesses 120 are preferably adapted to the outer dimensions and the shape of the permanent magnets so that only small gaps between the magnets and the laminated core 20 result and a strong magnetic flux can be achieved, resulting in high torque and high efficiency of the electric machine is important.
  • the rectangular recesses 120 and the permanent magnets 200 are shown in the figures so that their longer longitudinal dimensions extend substantially in the circumferential direction of the rotor module and extend their shorter dimensions in the radial direction. They are magnetized in the radial direction, d. H. the magnetic poles are located radially on the outside and inside of the permanent magnets. However, other orientations of the recesses 120 and the permanent magnets 200 are possible, such. B. a substantially radial or oblique to a radius orientation of the longitudinal extent of the same. Also, the magnetization direction may deviate from the case described above. Thus, different electrical and operational properties of the rotor or of the electrical machine formed therewith can be obtained, as is known to a person skilled in the art.
  • the permanent magnets 200 are on all sides, ie completely with a thin protective lacquer layer 202, which protects the corrosion-prone material of the permanent magnet 200 from the liquid medium.
  • the inner surfaces of the recesses 120 in the laminated core 20 may be provided in a further advantageous embodiment of the invention with a substantially full-surface executed plastic coating 122, the z. B. consists of an epoxy resin.
  • This full surface coating 122 of the inner surfaces of the recesses 120 is performed prior to insertion of the permanent magnets 200 into the recesses 210.
  • the full-surface coating 122 and the all-round protective lacquer layer 202 of the permanent magnet 200 By the full-surface coating 122 and the all-round protective lacquer layer 202 of the permanent magnet 200, a grazing contact between the hard materials of the permanent magnet 200 and the sheet metal cuts is prevented during insertion of the magnet 200 into the recesses 120 provided and thus ensures that neither the thin protective lacquer layer 202 still the full-surface coating 122 are damaged when the magnets 200 are inserted into the laminated core 20.
  • the protective function of the protective lacquer layer and the full-surface plastic coating 122 can be ensured in order to prevent corrosion of the laminations
  • the rotor module thus has, in a further advantageous embodiment of the invention, an essentially complete plastic filling 124 of the intermediate spaces between the permanent magnets 200 and the inner surfaces of the recesses 120.
  • the plastic filling 124 may be made of the same plastic as the full-surface coating 122, or may be made of a different plastic.
  • the permanent magnets 200 have a dimension in the axial direction of the module which is slightly smaller than the axial length L of the module or the laminated core.
  • the permanent magnets 200 are arranged centrally in the recesses 120 in the axial direction of the module, so that they are spaced from the end faces of the module.
  • the dimension of the magnets 200 is chosen that results in a distance of the magnets 200 from the end faces of a few tenths of a millimeter, preferably about 0.2 to 0.3 mm on both end faces.
  • the free space thus formed toward the respective end face is substantially completely filled with a plastic filling 128.
  • the plastic filling 128 may be made of the same plastic as the full-surface coating 122 or the plastic filling 124, or may be made of a different plastic. In this way, it is prevented on the one hand that when joining several rotor modules 10 existing hard and brittle material permanent magnet 200 can touch and damage each other, and it is on the other hand ensured that even from the front side of the modules 10 ago a reliable seal is ensured and the liquid medium can not penetrate to the laminations 100 or the permanent magnet 200.
  • the complete assembled rotor module 10 is completely provided with a protective coating 126.
  • This outer protective coating 126 provides a further barrier against the penetration of the liquid medium to the laminations 100 and the permanent magnets 200 embedded therein to achieve a long life and high reliability for an electric machine formed with a rotor module according to the invention.
  • FIG. 5 an advantageous embodiment of a rotor according to the present invention is shown.
  • the rotating in a liquid medium rotor comprises a rotor shaft 30, which is preferably made of corrosion-resistant stainless steel, and at least one module unit which is mounted coaxially with the axis of rotation R of the rotor shaft 30 to the rotor shaft 30.
  • Each module unit comprises at least one rotor module 10 mounted on the rotor shaft 30 according to the present invention.
  • FIG. 5 shows a rotor comprising a modular unit with two modules 10.
  • the rotor may include only a single rotor module 10, or may include any number of modular units having nearly any number of modules 10.
  • the modular units can be spaced apart in the axial direction.
  • the rotor modules 10 combined in a module unit are adhesively bonded at their respective end faces by means of an adhesive layer 12 substantially over the whole area.
  • an adhesive layer 12 substantially over the whole area.
  • a completely assembled modular unit may be provided with an additional protective lacquer shell 14, which forms a further barrier against the penetration of the liquid medium in the direction of the laminations 100 and the permanent magnet 200.
  • These flow barriers 430 in the form of further recesses 430 in the laminations 400 may be formed circular or have a different shape.
  • the requirements with respect to the remaining between the recesses 420 and the recesses 430 webs in the reception of Centrifugal forces are also to be considered here.
  • the recesses 430 in the laminated core 20 of a rotor module 10 may substantially completely with a plastic such. As an epoxy resin, filled, so that no cavities are present, in which the liquid medium could collect. Thus, it is also ensured in this embodiment that a balance once performed by a rotor is not disturbed by a migration of liquid within a rotor module again. In addition, this full backfilling of the recesses 430 with respect to high pressure applications at several 100 bar pressure contributes to reliable sealing of the entire rotor module and thus protection of the permanent magnets and laminations from the liquid medium to provide long service life and high reliability reach electrical machine.
  • the rotor includes at least one module unit having at least one module 10, wherein a complete module unit is each encapsulated with a sleeve 16 made of a corrosion resistant material.
  • the sleeve 16 may be made of stainless steel and consist of a circumferentially extending around the outer periphery of the module unit peripheral portion and two arranged on the opposite end faces end portions, which may be, for example, corresponding shaped and welded together thin sheets.
  • the peripheral portion is preferably designed as thin as possible, for. B. in a thickness of about 0.2 - 0.3 mm, so that the magnetically effective gap between the rotor and stator is not excessively increased and eddy current losses can be kept low.
  • the end portions are welded at their radially inner edges with the rotor shaft 30 also made of stainless steel, so that a hermetically sealed encapsulation of the module unit by means of the corrosion-resistant material of the sleeve 16 results.
  • an electric machine having a rotor according to the above-described embodiments.
  • This electric machine can be a permanent-magnetically excited synchronous machine or a hybrid-synchronous machine whose rotor rotates directly in a liquid medium.
  • the protected design of the rotor module 10 and the rotor according to the present invention ensures that even with an aggressive liquid medium, the laminations 100, 400 of the rotor modules 10 and the permanent magnets 200 embedded therein are not attacked and thus a long life of the electric machine and high reliability can be achieved.
  • a pump which contains as drive motor such an electric machine according to the invention.
  • Such a pump can therefore have a long service life and a high life expectancy with high reliability.
  • the electric machine according to this invention may also be designed as a canned machine, in which the rotor space of the stator space is fluid-tightly separated by a tube arranged in the induction gap (air gap) to z. B. different fluids for rotor cooling and lubrication on the one hand and for stator cooling on the other hand to use.
  • the split tube can also serve to form two separate circuits with the same fluid.

Abstract

A module (10) for a rotor of an electric machine, said rotor being excited by means of permanent magnets (200) and rotating in a fluid medium, wherein the module (10) contains a cylindrical, active part which has a plurality of circular soft-magnetic laminations (100) combined to form a laminate stack (20) and having a central opening (110) for receiving a rotor shaft (30); wherein at least two permanent magnets (200), protected from the liquid medium, are arranged in at least two corresponding cutouts (120) in the laminate stack (20), and wherein the cutouts (120) are formed beneath a cylindrical circumferential surface of the laminate stack (20).

Description

Intern erregter Synchronmotor mit  Internally excited synchronous motor with
mehrfach korrosionsgeschütztem Permanentmagnetrotor  multi-corrosion protected permanent magnet rotor
Gebiet der Erfindung Field of the invention
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf elektrische Maschinen, die mittels Permanentmagneten erregt sind. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf einen Rotor einer elektrischen Maschine, der in einem flüssigen Medium rotiert und in den Permanentmagnete eingebettet sind (intern erregte elektrische Maschine). The present invention relates to electric machines excited by permanent magnets. In particular, the invention relates to a rotor of an electric machine which rotates in a liquid medium and embedded in the permanent magnets (internally excited electric machine).
Technischer Hintergrund Technical background
Im Bereich der elektrischen Antriebe ist es in einigen Anwendungsfällen erforderlich bzw. günstig, wenn der Rotor einer Drehstrommaschine nicht in einem gasgefüllten Raum, sondern in einem mit einer Flüssigkeit gefüllten Raum liegt. Solche Rotoren bzw. die damit gebildeten elektrischen Maschinen werden auch als Nassläufer bezeichnet. Der Rotor kann hierbei je nach den Anforderungen eines speziellen Anwendungsfalls in vielen denkbaren flüssigen Medien laufen, wie z. B. in Trinkwasser, Salzwasser oder anderen aggressiven Flüssigkeiten. Dabei müssen der Rotor und seine Bestandteile vor einer Beeinträchtigung durch das flüssige Medium, wie z. B. Korrosion, geschützt werden, um eine hohe Zuverlässigkeit und Lebensdauer der elektrischen Maschine erreichen zu können. In the field of electric drives, it is necessary or favorable in some applications, when the rotor of a three-phase machine is not in a gas-filled space, but in a space filled with a liquid. Such rotors or the electrical machines formed therewith are also referred to as wet rotors. Depending on the requirements of a specific application, the rotor can run in many conceivable liquid media, such as. As in drinking water, salt water or other aggressive liquids. In this case, the rotor and its components have to be affected by the liquid medium, such as. B. corrosion, to be able to achieve a high reliability and life of the electric machine.
Das Konzept des Nassläufers hat z. B. Vorteile hinsichtlich des Wärmemanagements (Kühlung). Ein flüssiges Kühlmittel, wie beispielsweise Wasser, kann die im Betrieb entstehende Abwärme besser abtransportieren als ein Gas. Somit können ein Wärmestau und eine Beschädigung der Rotorbestandteile leichter vermieden werden. Auch kann hiermit einer Übererwärmung der Magneten, d. h. einer möglichen Entmagnetisierung der Magneten, entgegengetreten werden. The concept of the wet runner has z. B. Thermal management benefits (cooling). A liquid coolant, such as water, can better dissipate the waste heat generated during operation than a gas. Thus, heat accumulation and damage of the rotor components can be more easily avoided. This can also be an overheating of the magnet, d. H. a possible demagnetization of the magnets to be countered.
Das Nassläuferkonzept weist ferner Vorteile hinsichtlich der Konstruktion auf. So wird z. B. eine Abdichtung des Maschinengehäuses in Anwendungsumgebungen mit hohen Außendrücken vereinfacht, indem der gesamte Innenraum der elektrischen Maschine im Wesentlichen vollständig mit einer im Vergleich zu Gasen kaum kompressiblen Flüssigkeit ausgefüllt ist. Bei Tiefseeanwendungen beträgt der Prüfdruck beispielsweise 1.000 bar, wobei der Innendruck gasbefüllter elektrischer Maschinen in der Größenordnung von 1 bar liegt. So hohe Druckdifferenzen sind mittels Gleitringdichtungen an Wellen oder anderen Dichtmitteln kaum beherrschbar. Durch die Befüllung des Rotorraumes einer elektrischen Maschine mit einer Flüssigkeit kann auch auf eine zusätzliche Abdichtung zwischen Stator und Rotor der Maschine beispielsweise in Form eines Spaltrohres verzichtet werden, wenn in der gesamten Maschine das gleiche flüssige Medium vorhanden ist. Dies vereinfacht nicht nur die Konstruktion, sondern ermöglicht auch eine Verbesserung der elektrischen und mechanischen Eigenschaften der Maschine. Es kann z. B. ein kleinerer magnetisch wirksamer Spalt zwischen Rotor und Stator gewählt werden, was sich vorteilhaft auf Drehmoment und Effizienz auswirkt (Erhöhung der Spaltinduktion). Außerdem kann das im Rotorraum befindliche flüssige Medium in einem einzigen Kühlkreislauf durch die gesamte elektrische Maschine geführt werden und gleichzeitig als Schmiermittel für die Gleitlager der Rotorwelle dienen. The wet-runner concept also has design advantages. So z. B. a sealing of the machine housing in application environments with high external pressures simplified by the entire interior of the electric machine is substantially completely filled with a barely compressible compared to gases liquid. In deep sea applications, for example, the test pressure is 1,000 bar, with the internal pressure of gas-filled electrical machines being on the order of 1 bar. Such high pressure differences are hardly manageable by means of mechanical seals on shafts or other sealants. By filling the rotor chamber of an electric machine with a liquid can be dispensed with an additional seal between the stator and the rotor of the machine, for example in the form of a can, if the same liquid medium is present throughout the machine. This not only simplifies the construction, but also allows an improvement in the electrical and mechanical properties of the machine. It can, for. B. a smaller magnetically effective gap between the rotor and stator can be selected, which has an advantageous effect on torque and efficiency (increasing the gap induction). In addition, the liquid medium in the rotor chamber can be guided in a single cooling circuit through the entire electric machine and at the same time serve as a lubricant for the sliding bearing of the rotor shaft.
Drehstrommaschinen mit Permanentmagneterregung haben unter anderem hinsichtlich Konstruktionsaufwand, Zuverlässigkeit, Effizienz, Drehmoment und Blindstrombelastung der Stromzuführung Vorteile gegenüber anderen Drehstrommaschinen (wie z. B. Asynchronmaschinen, stromerregte Synchronmaschi- nen oder Reluktanzmaschinen). Bei Drehstrommaschinen mit Permanentmagneterregung ist es aufgrund der bei hohen Drehzahlen auftretenden Befestigungsprobleme ferner üblich, die Magneten nicht an der Umfangsfläche des Rotors zu befestigen, sondern in Hohlräumen innerhalb eines magnetisch aktiven Rotorteils einzubetten. Die Permanentmagneten sind im Allgemeinen aus Materialien gefertigt, die ebenfalls anfällig für Korrosion sind. Es gilt daher als schwierig und aufwändig, Nassläufer mit Permanentmagneterregung herzustellen, die eine hohe Zuverlässigkeit und eine lange Lebensdauer aufweisen. Amongst other things, three-phase machines with permanent magnet excitation have advantages over other three-phase machines (such as asynchronous machines, synchronized synchronous machines) with regard to design complexity, reliability, efficiency, torque and reactive current load of the power supply. or reluctance machines). In three-phase machines with permanent magnet excitation, it is also common due to the mounting problems occurring at high speeds not to attach the magnets to the peripheral surface of the rotor, but to embed in cavities within a magnetically active rotor part. The permanent magnets are generally made of materials that are also susceptible to corrosion. It is therefore difficult and expensive to produce wet rotors with permanent magnet excitation, which have a high reliability and a long life.
DE 10 2007 028 356 A1 zeigt einen Elektromotor mit einem Rotor, der aus einen Rotoraktivteil bildenden Rotormodulen besteht. Dabei sind Permanentmagneten so in den Rotoraktivteil bzw. die Rotormodule integriert, dass sie vor chemischen Angriffen geschützt sind. Der Rotoraktivteil und eine damit verbundene Welle sind aus einem korrosionsbeständigen Edelstahl hergestellt und sind vorzugsweise einteilig ausgeführt. In der DE 10 2007 028 356 A1 ist dargelegt, dass eine Verwendung von Modulen in Form von paketierten Blechschnitten, wie sie aus der EP 1 657 800 A1 bekannt ist, ausscheide. Da keine sichere Abdichtung zwischen solchen einzelnen, gestapelten Blechschnitten möglich sei, sei infolgedessen auch kein Schutz der Permanentmagneten gegenüber korrosiven Medien möglich. In Bezug auf die Abdichtung und den sicheren Einschluss der Magneten in den Rotormodulen ist ausgeführt, dass die Rotormodule formschlüssig miteinander verbunden sind und die Fügestellen form- und stoffschlüssig abgedichtet sind. Die Taschen zur Aufnahme der Magneten sind durch separate Mittel abgedichtet. Die Verbindung zwischen den Abdichtmitteln und dem Rotoraktivteil ist vorzugsweise aus Schweißverbindungen gebildet. DE 10 2007 028 356 A1 shows an electric motor with a rotor, which consists of a rotor active part forming rotor modules. In this case, permanent magnets are integrated into the rotor active part or the rotor modules so that they are protected against chemical attack. The rotor active part and a shaft connected thereto are made of a corrosion-resistant stainless steel and are preferably made in one piece. In DE 10 2007 028 356 A1 it is stated that a use of modules in the form of packetized sheet metal sections, as known from EP 1 657 800 A1, excretes. Since no secure seal between such individual, stacked laminations is possible, as a result, no protection of the permanent magnet against corrosive media is possible. With regard to the sealing and secure confinement of the magnets in the rotor modules, it is stated that the rotor modules are connected to one another in a form-fitting manner and the joints are sealed in a positive-locking and cohesive manner. The pockets for receiving the magnets are sealed by separate means. The connection between the sealing means and the rotor active part is preferably formed from welded joints.
Insbesondere bei Anwendungen mit sehr hohen Druckbelastungen, wie. z. B. Tiefseeanwendungen, werden hohe Standzeiten und lange Lebensdauern für in tiefen Gewässern eingesetzte Aggregate verlangt. Es ist in diesem Anwendungsbereich zu aufwändig und teuer, die Aggregate häufig an die Oberfläche zu holen, um sie zu warten oder auszutauschen. Da bei Hochdruckanwendungen sowohl außerhalb als auch innerhalb des Gehäuses von elektrischen Maschinen sehr hohe Betriebsdrücke herrschen, ist eine sichere Abdichtung eines Nassläufer-Rotors und seiner korrosionsempfindlichen Bestandteile gegen das umliegende flüssige Medium besonders schwierig. Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen kostengünstigeren und einfacher herzustellenden Permanentmagnetrotor für elektrische Maschinen zu schaffen, der in einem flüssigen Medium schwimmend angeordnet ist und lange Standzeiten und eine hohe Zuverlässigkeit ermöglicht. Especially in applications with very high pressure loads, such as. z. As deep-sea applications, long service lives and long lifetimes are required for used in deep waters aggregates. It is too costly and expensive in this field of application to frequently bring the aggregates to the surface for maintenance or replacement. Since in high pressure applications, both outside and inside the housing of electrical machines very high operating pressures prevail, a secure seal of a wet rotor and its corrosion-sensitive components against the surrounding liquid medium is particularly difficult. It is an object of the present invention to provide a more economical and easier to manufacture permanent magnet rotor for electric machines, which is floating in a liquid medium and enables long life and high reliability.
Diese Aufgabe wird durch ein Permanentmagnetrotormodul gemäß Anspruch 1 gelöst. Die abhängigen Ansprüche sind auf weiter vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung gerichtet. This object is achieved by a permanent magnet rotor module according to claim 1. The dependent claims are directed to further advantageous embodiments of the invention.
Überblick über die Erfindung Overview of the invention
Die Erfindung schafft ein Modul für einen mittels Permanentmagneten erregten Rotor einer elektrischen Maschine, der in einem flüssigen Medium rotiert (Nassläufer). The invention provides a module for a permanent magnet excited rotor of an electric machine which rotates in a liquid medium (wet rotor).
In einer ersten Ausführungsform enthält das erfindungsgemäße Modul einen zylindrischen, aktiven Teil, der mehrere kreisförmige, zu einem Blechpaket zusammengesetzte weichmagnetische Bleche mit einer zentralen Öffnung zum Aufnehmen einer Rotorwelle aufweist, wobei wenigstens zwei Permanentmagneten, vor dem flüssigen Medium geschützt, in wenigstens zwei entsprechenden Aussparungen in dem Blechpaket angeordnet sind, wobei die Aussparungen unterhalb einer zylindrischen Umfangsoberfläche des Blechpakets ausgebildet sind. In a first embodiment, the module according to the invention comprises a cylindrical active part comprising a plurality of circular soft magnetic sheets assembled into a laminated core having a central opening for receiving a rotor shaft, at least two permanent magnets protected from the liquid medium, in at least two corresponding recesses are arranged in the laminated core, wherein the recesses are formed below a cylindrical peripheral surface of the laminated core.
In dem Modul können die Permanentmagneten allseitig mit einer Schutzlackschicht überzogen sein. Diese Lackschicht ist eine erste Schutzbarriere für die korrosionsempfindlichen Permanentmagneten vor dem flüssigen Medium. In the module, the permanent magnets can be coated on all sides with a protective lacquer layer. This lacquer layer is a first protective barrier for the corrosion-sensitive permanent magnets in front of the liquid medium.
In dem Modul können die Bleche jeweils auf wenigstens einer Seite eine im Wesentlichen vollflächige Klebstoffschicht aufweisen und zu dem Blechpaket zusammengebacken sein. Diese vollflächige Klebstoffschicht stellt eine zweite Schutzbarriere für die korrosionsempfindlichen Permanentmagneten und für die korrosionsempfindlichen Bleche dar. In dem Modul können die Innenflächen der Aussparungen in dem Blechpaket mit einer im Wesentlichen vollflächig ausgeführten Kunststoffbeschichtung versehen sein. Diese Innenflächenbeschichtung stellt eine dritte Schutzbarriere für die korrosionsempfindlichen Permanentmagneten und für die korrosionsempfindlichen Bleche dar. In the module, the sheets may each have on at least one side a substantially full-surface adhesive layer and be gebgebacken to the laminated core. This full-surface adhesive layer provides a second protective barrier for the corrosion-sensitive permanent magnets and for the corrosion-sensitive sheets. In the module, the inner surfaces of the recesses may be provided in the laminated core with a substantially full-surface executed plastic coating. This inner surface coating provides a third protective barrier for the corrosion-sensitive permanent magnets and for the corrosion-sensitive sheets.
In dem Modul können die Zwischenräume zwischen den Permanentmagneten und den Innenflächen der Aussparungen in dem Blechpaket im Wesentlichen vollständig mit einer Kunststofffüllung ausgefüllt sein. Diese Kunststofffüllung ist eine vierte Schutzbarriere für die korrosionsempfindlichen Permanentmagneten. In the module, the gaps between the permanent magnets and the inner surfaces of the recesses in the laminated core may be substantially completely filled with a plastic filling. This plastic filling is a fourth protective barrier for the corrosion-sensitive permanent magnets.
In dem Modul können die Permanentmagneten eine Abmessung in Axialrichtung des Moduls aufweisen, die etwas kleiner ist als die axiale Länge des Moduls, wobei die Permanentmagneten in Axialrichtung des Moduls mittig in den Aussparungen angeordnet sind, so dass sie zu den beiden Stirnflächen des Moduls beabstandet sind, und wobei die jeweiligen Räume zwischen den Permanentmagneten und den Stirnflächen des Moduls im Wesentlichen vollständig mit einer Kunststofffüllung ausgefüllt sind. Diese Kunststofffüllung ist eine fünfte Schutzbarriere für die korrosionsempfindlichen Permanentmagneten. In the module, the permanent magnets may have a dimension in the axial direction of the module which is slightly smaller than the axial length of the module, wherein the permanent magnets in the axial direction of the module are arranged centrally in the recesses, so that they are spaced to the two end faces of the module , and wherein the respective spaces between the permanent magnets and the end faces of the module are substantially completely filled with a plastic filling. This plastic filling is a fifth protective barrier for the corrosion-sensitive permanent magnets.
Das komplette Modul kann vollständig mit einem Schutzlacküberzug versehen sein. Dieser Schutzlack stellt eine sechste Schutzbarriere für die korrosionsempfindlichen Permanentmagneten und die korrosionsempfindlichen Bleche dar. The complete module can be completely covered with a protective varnish. This protective coating represents a sixth protective barrier for the corrosion-sensitive permanent magnets and the corrosion-sensitive sheets.
In dem Modul können neben den wenigstens zwei Aussparungen für die Permanentmagneten Flusssperren in Form weiterer Ausnehmungen in dem Blechpaket ausgebildet sein, wobei vorzugsweise diese Ausnehmungen im Wesentlichen vollständig mit einem Kunststoff ausgefüllt sind. Dies verhindert, dass das flüssige Medium sich in Hohlräumen innerhalb des Rotors sammeln kann. In the module, in addition to the at least two recesses for the permanent magnets, flow barriers may be formed in the form of further recesses in the laminated core, wherein these recesses are preferably filled substantially completely with a plastic. This prevents the liquid medium from collecting in cavities within the rotor.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Rotor einer mittels Permanentmagneten erregten elektrischen Maschine geschaffen, der eine Rotorwelle und wenigstens eine Moduleinheit aufweist, wobei die wenigstens eine Moduleinheit jeweils mindestens ein auf die Rotorwelle aufgesetztes Modul gemäß der Erfindung umfasst. In dem Rotor können in der wenigstens einen Moduleinheit jeweils mehrere der Module an ihren Stirnflächen mittels einer Klebstoffschicht im Wesentlichen vollflächig miteinander verklebt sein. Diese Verklebung stellt eine siebte Schutzbarriere für die korrosionsempfindlichen Permanentmagneten und die korrosionsempfindlichen Bleche dar. According to another aspect of the present invention, there is provided a rotor of a permanent magnet excited electric machine having a rotor shaft and at least one module unit, the at least one module unit each comprising at least one module mounted on the rotor shaft according to the invention. In the rotor, in the at least one module unit, in each case a plurality of the modules can be adhesively bonded to each other at their end surfaces by means of an adhesive layer substantially over the whole area. This bonding represents a seventh protective barrier for the corrosion-sensitive permanent magnets and the corrosion-sensitive sheets.
In dem Rotor kann die wenigstens eine Moduleinheit in Ihrer Gesamtheit jeweils mit einem Schutzlacküberzug versehen sein. Dieser Überzug stellt eine achte Schutzbarriere für die korrosionsempfindlichen Permanentmagneten und die korrosionsempfindlichen Bleche dar. In the rotor, the at least one modular unit in its entirety can be provided with a protective lacquer coating in each case. This coating represents an eighth protective barrier for the corrosion-sensitive permanent magnets and the corrosion-sensitive sheets.
In dem Rotor kann die wenigstens eine komplette Moduleinheit jeweils mit einer aus einem korrosionsbeständigen Material bestehenden Hülse gekapselt sein. Diese Hülse stellt eine neunte Schutzbarriere für die korrosionsempfindlichen Permanentmagneten und die korrosionsempfindlichen Bleche dar. In the rotor, the at least one complete modular unit can be encapsulated in each case with a sleeve made of a corrosion-resistant material. This sleeve represents a ninth protective barrier for the corrosion-sensitive permanent magnets and the corrosion-sensitive sheets.
In dem Rotor können die Rotorwelle und die Hülse aus Edelstahl gefertigt sein, wobei die Hülse einen um den Außenumfang der Moduleinheit verlaufenden Um- fangsabschnitt und zwei an den gegenüberliegenden Stirnseiten der Moduleinheit angeordnete Stirnabschnitte aufweist, und wobei die Stirnabschnitte an ihren radial inneren Rändern jeweils mit der Rotorwelle verschweißt sind. In the rotor, the rotor shaft and the sleeve may be made of stainless steel, wherein the sleeve has a circumferentially extending around the outer circumference of the module unit circumferential portion and two arranged on the opposite end faces of the modular unit end portions, and wherein the end portions at their radially inner edges each with the rotor shaft are welded.
In dem Rotor können mehrere Moduleinheiten auf der Rotorwelle angeordnet sein. Somit lässt sich die Leistungsfähigkeit einer mit diesem Rotor gebildeten elektrischen Maschine einfach skalieren. In the rotor, a plurality of modular units can be arranged on the rotor shaft. Thus, the performance of an electric machine formed with this rotor can be easily scaled.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine elektrische Maschine geschaffen, die einen Rotor gemäß der Erfindung umfasst. Eine solche Maschine ist eine intern permanentmagneterregte Nassläufer-Maschine mit einem kostengünstigen Rotor, der aus Blechschnitten zusammengesetzt ist. According to another aspect of the present invention, there is provided an electric machine comprising a rotor according to the invention. Such a machine is an internally permanent magnet-excited wet-running machine with a low-cost rotor, which is composed of laminations.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Pumpe geschaffen, die als Antriebsmotor eine elektrische Maschine gemäß der Erfindung umfasst. Eine solche Pumpe kann kostengünstiger hergestellt werden und weist auch unter schwierigen Einsatzbedingungen wie extrem hohen Außendrücken eine hohe Zuverlässigkeit und eine hohe Lebensdauer auf. According to a further aspect of the present invention, there is provided a pump comprising as a drive motor an electric machine according to the invention. Such a pump can be made cheaper and has Even under difficult operating conditions such as extremely high external pressures high reliability and a long service life.
Ein Vorteil des Permanentmagnetrotormoduls gemäß der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass der Rotor aus kostengünstigen und einfach zu verarbeitenden Blechschnitten zusammengesetzt werden kann, ohne dass z. B. aufwändige Bearbeitungsverfahren zur Herstellung eines einstückigen Rotors erforderlich sind. Durch die Anordnung der Magneten innerhalb des Rotormoduls und den zuverlässigen Schutz der Blechschnitte und der Permanentmagneten vor dem flüssigen Medium, wie z. B. Wasser, können sehr lange Standzeiten und eine hohe Zuverlässigkeit für einen derart aufgebauten Nassläufer-Rotor erzielt werden. Indem ein Eindringen des flüssigen Mediums in das Rotormodul verhindert wird, weil das Innere des Moduls von dem Medium nicht erreicht werden kann und außerdem im Inneren des Moduls im Wesentlichen keine Hohlräume vorhanden sind, werden auch jegliche Auswuchtungsprobleme vermieden, die entstehen können, wenn nach einem Auswuchtvorgang des Rotors im Betrieb ein flüssiges Medium in solche Hohlräume eindringt oder aufgrund der Fliehkraft bei hohen Drehzahlen irgendwelche vor dem Auswuchtvorgang enthaltenen Fluid- mengen herausgeschleudert werden, wodurch jedesmal die Masseverteilung des Rotor verändert würde. Durch den modularen Aufbau eines erfindungsgemäßen Nassläufer-Rotors kann eine elektrische Maschine in der Baulänge und somit in der Leistung nahezu beliebig skaliert werden, wobei standardisierte Rotormodule verwendet und so die Herstellung vereinfacht und kostengünstiger gestaltet werden können. An advantage of the permanent magnet rotor module according to the present invention is that the rotor can be assembled from low-cost and easy-to-process laminations, without z. B. consuming processing methods for producing a one-piece rotor are required. Due to the arrangement of the magnets within the rotor module and the reliable protection of the laminations and the permanent magnets in front of the liquid medium, such as. As water, very long service life and high reliability can be achieved for such a constructed wet rotor rotor. By preventing penetration of the liquid medium into the rotor module because the interior of the module can not be reached by the medium and, moreover, there are substantially no voids in the interior of the module, any balancing problems that may arise when after a failure are also avoided Balancing operation of the rotor in operation a liquid medium penetrates into such cavities or due to the centrifugal force at high speeds any fluid quantities contained before the balancing process are ejected, whereby each time the mass distribution of the rotor would be changed. Due to the modular design of a wet rotor rotor according to the invention, an electrical machine in the overall length and thus in the performance can be scaled almost arbitrarily, with standardized rotor modules used, thus simplifying the production and can be made cheaper.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen Brief description of the drawings
Fig. 1 ist eine perspektivische Ansicht eines Blechpakets des Rotormoduls gemäß der vorliegenden Erfindung. Fig. 1 is a perspective view of a laminated core of the rotor module according to the present invention.
Fig. 2 ist eine Draufsicht auf ein Rotormodul gemäß der vorliegenden Erfindung mit eingesetzten Permanentmagneten. Fig. 3 ist ein vergrößerter Ausschnitt des Rotormoduls der Fig. 2, der einen in das Modul eingesetzten Permanentmagneten und die Anordnung von Lack- und Kunststoffschichten genauer zeigt. Fig. 2 is a plan view of a rotor module according to the present invention with permanent magnets inserted. Fig. 3 is an enlarged detail of the rotor module of Fig. 2, showing a permanent magnet used in the module and the arrangement of paint and plastic layers in more detail.
Fig. 4 ist eine Querschnittsansicht, die einen Längsschnitt durch ein Rotormodul gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt. 4 is a cross-sectional view showing a longitudinal section of a rotor module according to the present invention.
Fig. 5 ist eine Seitenansicht eines Rotors gemäß der vorliegenden Erfindung. Fig. 5 is a side view of a rotor according to the present invention.
Fig. 6 ist eine Draufsicht auf ein einzelnes Blech einer weiteren Ausführungsform des Moduls der vorliegenden Erfindung. Fig. 6 is a plan view of a single sheet of another embodiment of the module of the present invention.
Fig. 7 ist eine Längsschnittansicht einer weiteren Ausführungsform eines Rotors gemäß der vorliegenden Erfindung. Fig. 7 is a longitudinal sectional view of another embodiment of a rotor according to the present invention.
Genaue Beschreibung vorteilhafter Ausführungsformen der Erfindung Detailed description of advantageous embodiments of the invention
Im Folgenden werden vorteilhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung genauer beschrieben. In the following, advantageous embodiments of the present invention will be described in more detail.
In einer ersten Ausführungsform umfasst ein Modul 10 für einen mittels Permanentmagneten erregten Rotor einer elektrischen Maschine, der in einem flüssigen Medium rotiert, einen zylindrischen, aktiven Teil. Dieser aktive Teil ist aus einem weichmagnetischen Blechpaket 20 mit darin eingebetteten Permanentmagneten 200 gebildet. In a first embodiment, a module 10 for a permanent magnet excited rotor of an electric machine which rotates in a liquid medium comprises a cylindrical active part. This active part is formed of a soft magnetic laminated core 20 with permanent magnets 200 embedded therein.
Wie in Fig. 1 gezeigt ist, umfasst das Blechpaket 20 des Rotormoduls 10 der vorliegenden Erfindung einen Stapel aus mehreren Blechen bzw. Blechschnitten 100, die aus einem weichmagnetischen Material gefertigt sind, wie z. B. handelsübliche Eisenblechschnitte aus sogenanntem Trafoblech oder Dynamoblech. Diese gleichartigen Blechschnitte 100 haben vorzugsweise eine kreisrunde Außenbegrenzung und weisen im Zentrum eine zur kreisrunden Außenbegrenzung koaxiale, im Wesentlichen kreisrunde Öffnung 110 zur Aufnahme einer Rotorwelle 30 auf. Die Öffnung 110 kann zur Übertragung von Drehmoment zwischen dem von dem Blechpaket 20 gebildeten aktiven Rotorteil bzw. dem Rotormodul 10 und der durch die Öffnung 110 geführten Rotorwelle 30 eine von der Kreisform abweichende Form aufweisen, wie z. B. eine Abflachung des Kreises an einer Seite, oder eine nach innen zum Zentrum hervorstehende Ausbuchtung des Bleches 100, die mit einer komplementären Form (Abflachung oder Nut) an der Rotorwelle 30 in Eingriff gelangen, wie einem Fachmann bekannt ist (in den Figuren nicht gezeigt). As shown in Fig. 1, the laminated core 20 of the rotor module 10 of the present invention comprises a stack of a plurality of laminations 100, which are made of a soft magnetic material, such as. B. commercial iron sheet sections of so-called transformer plate or dynamo plate. These similar sheet metal sections 100 preferably have a circular outer boundary and in the center have a substantially circular opening 110, which is coaxial to the circular outer boundary, for receiving a rotor shaft 30. The opening 110 can be used to transmit torque between the active rotor part or the rotor module formed by the laminated core 20 10 and guided through the opening 110 rotor shaft 30 have a shape deviating from the circular shape, such. B. a flattening of the circle on one side, or inwardly to the center protruding bulge of the sheet 100, which engage with a complementary shape (flattening or groove) on the rotor shaft 30, as is known in the art (not in the figures shown).
Mehrere gleichartige Blechschnitte, die üblicherweise z. B. etwa 0,5 mm dick sind, sind in gleicher Ausrichtung so gestapelt, dass die zentrale Öffnung 110 und die Aussparungen 120 zur Deckung gelangen und somit im Blechpaket 20 in Axialrichtung geradlinig verlaufende Durchgänge ausgebildet sind. Die Anzahl der Blechschnitte 100 richtet sich nach der gewünschten axialen Länge und somit der Leistungsfähigkeit des gebildeten Rotormoduls 10. Ein typisches Modul 10 weist eine axiale Länge L von etwa 30 mm auf und enthält etwa 60 gestapelte Blechschnitte. Die einzelnen Blechschnitte 100 sind vor dem Zusammenfügen einseitig oder beidseitig im Wesentlichen vollflächig mit einem isolierenden Klebstoff beschichtet, so dass sie in einem Backvorgang zusammenbacken und eine feste Einheit in Form des Blechpakets 20 bilden. Diese Klebstoffschicht 102 kann vor der Montage z. B. mittels Sprühen, Streichen oder Tauchen aufgebracht werden, oder kann auf fertig gelieferten Blechschnitten bereits angebracht sein. Der Klebstoff kann mittels Wärme und/oder Druck aktiviert werden, wie einem Fachmann bekannt ist. Diese im Wesentlichen vollflächige Klebstoffschicht 102 trägt dazu bei, die Blechschnitte 100 und die im Blechpaket 20 eingebetteten Permanentmagneten 200 vor aggressiven Einflüssen seitens des flüssigen Medium zu schützen. Several similar laminations, usually z. B. are about 0.5 mm thick, are stacked in the same orientation so that the central opening 110 and the recesses 120 come to cover and thus in the laminated core 20 in the axial direction rectilinear passageways are formed. The number of laminations 100 depends on the desired axial length and thus the performance of the rotor module 10 formed. A typical module 10 has an axial length L of about 30 mm and contains about 60 stacked laminations. The individual laminations 100 are coated on one or both sides before joining substantially full area with an insulating adhesive, so that they cake together in a baking process and form a solid unit in the form of the laminated core 20. This adhesive layer 102 may be z. B. be applied by spraying, brushing or dipping, or may already be attached to finished sheet metal sections. The adhesive can be activated by means of heat and / or pressure, as known to a person skilled in the art. This substantially full-surface adhesive layer 102 helps to protect the laminations 100 and embedded in the laminated core 20 permanent magnet 200 against aggressive influences from the liquid medium.
Wie in Fig. 2 gezeigt ist, weisen die Blechschnitte 100 ferner entsprechend der Polzahl des Rotormoduls 10 Aussparungen 120 zur Aufnahme von Permanentmagneten 200 auf. Üblich sind mindestens zwei Pole bzw. ein Polpaar und somit zwei Aussparungen 120, vorzugsweise sind jedoch vier Pole und somit vier solcher Aussparungen 120 in einer 90°-Teilung vorgesehen. In den Figuren sind Ausführungsformen mit vier Polen (zwei Polpaaren) in rotationssymmetrischer Anordnung gezeigt. Es sind jedoch auch mehr als zwei Polpaare und somit mehr als vier Aussparungen 120 möglich. Die Aussparungen 120 sind innerhalb der kreisförmigen Außenbegrenzung der Blechschnitte 100 mit einem bestimmten Abstand zu derselben angeordnet und weisen entsprechend festgelegte Ausdehnungen in radialer Richtung und in Umfangsrichtung auf, so dass zwischen den Aussparungen 120 ausreichend starke Stege verbleiben, die einerseits die im Betrieb auftretenden Fliehkräfte aufnehmen und andererseits angemessene magnetische Eigenschaften sicherstellen können. Die magnetischen Eigenschaften der zwischen den Aussparungen 120 verbleibenden Stege beeinflussen die Leistungsfähigkeit der elektrischen Maschine und auch deren elektrische Eigenschaften. As shown in FIG. 2, the laminations 100 further have recesses 120 for accommodating permanent magnets 200, corresponding to the number of poles of the rotor module 10. Usual are at least two poles or a pair of poles and thus two recesses 120, but preferably four poles and thus four such recesses 120 are provided in a 90 ° -partition. In the figures, embodiments with four poles (two pole pairs) are shown in rotationally symmetrical arrangement. However, more than two pole pairs and thus more than four recesses 120 are possible. The recesses 120 are within the circular outer boundary of the laminations 100 with a specific Spaced to the same and have correspondingly defined dimensions in the radial direction and in the circumferential direction, so that between the recesses 120 sufficiently strong webs remain, on the one hand record the centrifugal forces occurring during operation and on the other hand can ensure adequate magnetic properties. The magnetic properties of the webs remaining between the recesses 120 influence the performance of the electrical machine and also its electrical properties.
Die Aussparungen 120 sind vorzugsweise rechteckig, wie in den Figuren gezeigt ist, da somit einfach und kostengünstig herzustellende Permanentmagneten 200 in Quaderform eingesetzt werden können. Es sind jedoch auch andere Formen für die Aussparungen und die dazu passenden Magneten möglich, wie z. B. Kreisbogenabschnitte oder trapezartige Formen. Die Aussparungen 120 sind vorzugsweise so an die Außenabmessungen und die Form der Permanentmagneten angepasst, dass sich nur kleine Zwischenräume zwischen den Magneten und dem Blechpaket 20 ergeben und ein starker magnetischer Fluss erzielt werden kann, was für ein hohes Drehmoment und einen hohen Wirkungsgrad der elektrischen Maschine von Bedeutung ist. The recesses 120 are preferably rectangular, as shown in the figures, since thus simple and inexpensive to manufacture permanent magnet 200 can be used in cuboid shape. However, other shapes for the recesses and the matching magnets are possible, such. B. circular arc sections or trapezoidal shapes. The recesses 120 are preferably adapted to the outer dimensions and the shape of the permanent magnets so that only small gaps between the magnets and the laminated core 20 result and a strong magnetic flux can be achieved, resulting in high torque and high efficiency of the electric machine is important.
Die rechteckigen Aussparungen 120 und die Permanentmagneten 200 sind in den Figuren so dargestellt, dass sich ihre längeren Längsabmessungen im Wesentlichen in Umfangsrichtung des Rotormoduls erstrecken und ihre kürzeren Abmessungen in Radialrichtung erstrecken. Dabei sind sie in radialer Richtung magnetisiert, d. h. die Magnetpole befinden sich radial außen und innen an den Permanentmagneten. Es sind jedoch auch andere Ausrichtungen der Aussparungen 120 und der Permanentmagneten 200 möglich, wie z. B. eine im Wesentlichen radial oder zu einem Radius schräg verlaufende Ausrichtung der Längserstreckung derselben. Auch kann die Magnetisierungsrichtung von dem oben beschriebenen Fall abweichen. Damit können unterschiedliche elektrische und betriebliche Eigenschaften des Rotors bzw. der damit gebildeten elektrischen Maschine erhalten werden, wie einem Fachmann bekannt ist. The rectangular recesses 120 and the permanent magnets 200 are shown in the figures so that their longer longitudinal dimensions extend substantially in the circumferential direction of the rotor module and extend their shorter dimensions in the radial direction. They are magnetized in the radial direction, d. H. the magnetic poles are located radially on the outside and inside of the permanent magnets. However, other orientations of the recesses 120 and the permanent magnets 200 are possible, such. B. a substantially radial or oblique to a radius orientation of the longitudinal extent of the same. Also, the magnetization direction may deviate from the case described above. Thus, different electrical and operational properties of the rotor or of the electrical machine formed therewith can be obtained, as is known to a person skilled in the art.
Wie in Fig. 3 genauer gezeigt ist, sind in einer vorteilhaften Ausgestaltung des Rotormoduls die Permanentmagneten 200 allseitig, d. h. vollständig mit einer dünnen Schutzlackschicht 202 überzogen, der das korrosionsanfällige Material der Permanentmagneten 200 vor dem flüssigen Medium schützt. As shown in more detail in FIG. 3, in an advantageous embodiment of the rotor module, the permanent magnets 200 are on all sides, ie completely with a thin protective lacquer layer 202, which protects the corrosion-prone material of the permanent magnet 200 from the liquid medium.
Die Innenflächen der Aussparungen 120 in dem Blechpaket 20 können in einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung mit einer im Wesentlichen vollflächig ausgeführten Kunststoffbeschichtung 122 versehen sein, die z. B. aus einem Epoxydharz besteht. Diese vollflächige Beschichtung 122 der Innenflächen der Aussparungen 120 wird vor dem Einsetzen der Permanentmagneten 200 in die Aussparungen 210 ausgeführt. Durch die vollflächige Beschichtung 122 und die allseitige Schutzlackschicht 202 der Permanentmagneten 200 wird beim Einführen der Magneten 200 in die dafür vorgesehenen Aussparungen 120 eine streifende Berührung zwischen den harten Materialien der Permanentmagneten 200 und der Blechschnitte verhindert und somit gewährleistet, dass weder die dünne Schutzlackschicht 202 noch die vollflächige Beschichtung 122 beim Einsetzen der Magneten 200 in das Blechpaket 20 beschädigt werden. Somit kann die Schutzfunktion der Schutzlackschicht und der vollflächigen Kunststoffbeschichtung 122 gewährleistet werden, um eine Korrosion der Blechschnitte 100 oder der Permanentmagneten durch das flüssige Medium zu verhindern. The inner surfaces of the recesses 120 in the laminated core 20 may be provided in a further advantageous embodiment of the invention with a substantially full-surface executed plastic coating 122, the z. B. consists of an epoxy resin. This full surface coating 122 of the inner surfaces of the recesses 120 is performed prior to insertion of the permanent magnets 200 into the recesses 210. By the full-surface coating 122 and the all-round protective lacquer layer 202 of the permanent magnet 200, a grazing contact between the hard materials of the permanent magnet 200 and the sheet metal cuts is prevented during insertion of the magnet 200 into the recesses 120 provided and thus ensures that neither the thin protective lacquer layer 202 still the full-surface coating 122 are damaged when the magnets 200 are inserted into the laminated core 20. Thus, the protective function of the protective lacquer layer and the full-surface plastic coating 122 can be ensured in order to prevent corrosion of the laminations 100 or permanent magnets by the liquid medium.
Die Zwischenräume zwischen den Permanentmagneten 200 und dem Blechpaket 20, die nach dem Einsetzen der Magneten 200 noch offen sind, können anschließend mit einem Kunststoff, wie z. B. einem Epoxydharz, vollständig vergossen werden. Das Rotormodul weist somit in einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung eine im Wesentlichen vollständige Kunststofffüllung 124 der Zwischenräume zwischen den Permanentmagneten 200 und den Innenflächen der Aussparungen 120 auf. Die Kunststofffüllung 124 kann aus dem gleichen Kunststoff bestehen wie die vollflächige Beschichtung 122, oder kann aus einem anderen Kunststoff gefertigt sein. The spaces between the permanent magnet 200 and the laminated core 20, which are still open after the onset of the magnet 200, can then with a plastic such. B. an epoxy resin, are completely shed. The rotor module thus has, in a further advantageous embodiment of the invention, an essentially complete plastic filling 124 of the intermediate spaces between the permanent magnets 200 and the inner surfaces of the recesses 120. The plastic filling 124 may be made of the same plastic as the full-surface coating 122, or may be made of a different plastic.
Wie in Fig. 4 gezeigt ist, weisen in einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung die Permanentmagneten 200 eine Abmessung in Axialrichtung des Moduls auf, die etwas kleiner ist als die axiale Länge L des Moduls bzw. des Blechpakets. Die Permanentmagneten 200 sind in Axialrichtung des Moduls mittig in den Aussparungen 120 angeordnet, so dass sie von den Stirnflächen des Moduls beabstandet sind. Die Abmessung der Magneten 200 ist so gewählt, dass sich dadurch an beiden Stirnseiten ein Abstand der Magneten 200 von den Stirnflächen von wenigen Zehntel Millimetern, vorzugsweise etwa 0,2 - 0,3 mm ergibt. Der dadurch zu der jeweiligen Stirnfläche hin gebildete Freiraum ist im Wesentlichen vollständig mit einer Kunststofffüllung 128 ausgefüllt. Die Kunststofffüllung 128 kann aus dem gleichen Kunststoff bestehen wie die vollflächige Beschichtung 122 oder die Kunststofffüllung 124, oder kann aus einem anderen Kunststoff gefertigt sein. Auf diese Weise wird einerseits verhindert, dass beim Zusammenfügen mehrerer Rotormodule 10 die aus hartem und sprödem Material bestehenden Permanentmagnet 200 einander berühren und beschädigen können, und es wird andererseits sichergestellt, dass auch von der Stirnseite der Module 10 her eine zuverlässige Abdichtung gewährleistet ist und das flüssige Medium nicht bis zu den Blechschnitten 100 oder den Permanentmagneten 200 vordringen kann. As shown in FIG. 4, in a further advantageous embodiment of the invention, the permanent magnets 200 have a dimension in the axial direction of the module which is slightly smaller than the axial length L of the module or the laminated core. The permanent magnets 200 are arranged centrally in the recesses 120 in the axial direction of the module, so that they are spaced from the end faces of the module. The dimension of the magnets 200 is chosen that results in a distance of the magnets 200 from the end faces of a few tenths of a millimeter, preferably about 0.2 to 0.3 mm on both end faces. The free space thus formed toward the respective end face is substantially completely filled with a plastic filling 128. The plastic filling 128 may be made of the same plastic as the full-surface coating 122 or the plastic filling 124, or may be made of a different plastic. In this way, it is prevented on the one hand that when joining several rotor modules 10 existing hard and brittle material permanent magnet 200 can touch and damage each other, and it is on the other hand ensured that even from the front side of the modules 10 ago a reliable seal is ensured and the liquid medium can not penetrate to the laminations 100 or the permanent magnet 200.
Wie ferner in den Fig. 3 und 4 zu sehen ist, ist in einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung das komplette zusammengefügte Rotormodul 10 vollständig mit einem Schutzlacküberzug 126 versehen. Dieser äußere Schutzlacküberzug 126 stellt eine weitere Barriere gegen das Vordringen des flüssigen Mediums zu den Blechschnitten 100 und den darin eingebetteten Permanentmagneten 200 dar, um eine lange Lebensdauer und eine hohe Zuverlässigkeit für eine mit einem erfindungsgemäßen Rotormodul gebildete elektrische Maschine zu erreichen. As can also be seen in FIGS. 3 and 4, in a further advantageous embodiment of the invention, the complete assembled rotor module 10 is completely provided with a protective coating 126. This outer protective coating 126 provides a further barrier against the penetration of the liquid medium to the laminations 100 and the permanent magnets 200 embedded therein to achieve a long life and high reliability for an electric machine formed with a rotor module according to the invention.
In Fig. 5 ist eine vorteilhafte Ausführungsform eines Rotors gemäß der vorliegenden Erfindung gezeigt. Der in einem flüssigen Medium rotierende Rotor umfasst eine Rotorwelle 30, die vorzugsweise aus korrosionsbeständigem Edelstahl gefertigt ist, und wenigstens eine Moduleinheit, die koaxial zu der Rotationsachse R der Rotorwelle 30 auf die Rotorwelle 30 aufgesetzt ist. Jede Moduleinheit umfasst wenigstens ein auf die Rotorwelle 30 aufgesetztes Rotormodul 10 gemäß der vorliegenden Erfindung. In Fig. 5 ist ein Rotor gezeigt, der eine Moduleinheit mit zwei Modulen 10 umfasst. Wie für einen Fachmann offensichtlich ist, kann der Rotor auch nur ein einziges Rotormodul 10 aufweisen, oder kann eine nahezu beliebige Anzahl von Moduleinheiten mit einer nahezu beliebigen Anzahl von Modulen 10 umfassen. Die Moduleinheiten können dabei in Axialrichtung voneinander beabstandet sein. Die Anzahl und die Anordnung der Moduleinheiten sowie die Anzahl der Module je Moduleinheit richtet sich nach dem speziellen Anwendungsfall und den damit einhergehenden Anforderungen an Leistungsfähigkeit, Betriebseigenschaften und geometrischem Aufbau der benötigten elektrischen Maschine. Durch diese modulare Bauweise des aktiven Teils des Rotors kann auf einfache Weise die Leistungsfähigkeit der elektrischen Maschine mit standardisierten Bauteilen skaliert werden. In Fig. 5 an advantageous embodiment of a rotor according to the present invention is shown. The rotating in a liquid medium rotor comprises a rotor shaft 30, which is preferably made of corrosion-resistant stainless steel, and at least one module unit which is mounted coaxially with the axis of rotation R of the rotor shaft 30 to the rotor shaft 30. Each module unit comprises at least one rotor module 10 mounted on the rotor shaft 30 according to the present invention. FIG. 5 shows a rotor comprising a modular unit with two modules 10. As will be apparent to one of ordinary skill in the art, the rotor may include only a single rotor module 10, or may include any number of modular units having nearly any number of modules 10. The modular units can be spaced apart in the axial direction. The number and arrangement of modular units As well as the number of modules per module unit depends on the specific application and the associated demands on performance, operating characteristics and geometric design of the required electrical machine. This modular design of the active part of the rotor can be scaled in a simple manner, the performance of the electrical machine with standardized components.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind die in einer Moduleinheit zusammengefassten Rotormodule 10 an ihren jeweiligen Stirnflächen mittels einer Klebstoffschicht 12 im Wesentlichen vollflächig verklebt. Somit wird ein Vordringen des flüssigen Mediums zwischen die Rotormodule 10 zu den Stirnseiten der Module 10 durch eine weitere Barriere verhindert. In a further advantageous embodiment of the invention, the rotor modules 10 combined in a module unit are adhesively bonded at their respective end faces by means of an adhesive layer 12 substantially over the whole area. Thus, a penetration of the liquid medium between the rotor modules 10 is prevented to the end faces of the modules 10 by a further barrier.
Schließlich kann eine komplett zusammengefügte Moduleinheit mit einer zusätzlichen Schutzlackhülle 14 versehen sein, die eine weitere Barriere gegen das Vordringen des flüssigen Mediums in Richtung zu den Blechschnitten 100 und den Permanentmagneten 200 bildet. Finally, a completely assembled modular unit may be provided with an additional protective lacquer shell 14, which forms a further barrier against the penetration of the liquid medium in the direction of the laminations 100 and the permanent magnet 200.
Wie in Fig. 6 gezeigt ist, können in einer weiteren Ausführungsform der Erfindung in den Blechschnitten 400 eines Rotormoduls 10 zwischen den Aussparungen 420, die zur Aufnahme der Permanentmagneten 200 dienen, weitere Ausnehmungen 430 vorgesehen sein, die als Flusssperren dienen. Durch diese Flusssperren 430 werden dem Rotormodul in Umfangsrichtung unterschiedliche Reluktanzwerte verliehen, um somit der damit gebildeten elektrischen Maschine Reluktanzmotoreigenschaften zu verleihen. Auf diese Weise kann eine sogenannte Hybridsynchronmaschine erhalten werden, die für bestimmte Anwendungsbereiche gegenüber einer Synchronmaschine Vorteile bietet, wie z. B. ein besseres Betriebsverhalten im Feldschwächungsbereich, ein geringeres Blockiermoment bei einem Statorkurzschluss und dergleichen, wie einem Fachmann bekannt ist. As shown in FIG. 6, in a further embodiment of the invention in the sheet metal sections 400 of a rotor module 10 between the recesses 420, which serve to receive the permanent magnets 200, further recesses 430 may be provided, which serve as flow barriers. These flux barriers 430 impart different reluctance values to the rotor module in the circumferential direction, thereby imparting reluctance motor characteristics to the electrical machine formed therewith. In this way, a so-called hybrid synchronous machine can be obtained, which offers advantages for certain applications over a synchronous machine, such. B. a better performance in the field weakening range, a lower blocking torque in a stator short circuit and the like, as is known in the art.
Diese Flusssperren 430 in Form von weiteren Ausnehmungen 430 in den Blechschnitten 400 können kreisrund ausgebildet sein oder eine andere Form aufweisen. Die Erfordernisse in Bezug auf die zwischen den Aussparungen 420 und den Ausnehmungen 430 verbleibenden Stege hinsichtlich der Aufnahme von Fliehkräften sind auch hier zu berücksichtigen. Durch Verkleinern der Permanentmagnete 200 und somit der Aussparungen 420 in Umfangsrichtung des Rotormoduls 10 und Vergrößern der Flusssperren können die Eigenschaften und das Betriebsverhalten einer damit gebildeten elektrischen Maschine zwischen einer Synchronmaschine und einer Reluktanzmaschine (Reluktanzmotor) variiert werden. These flow barriers 430 in the form of further recesses 430 in the laminations 400 may be formed circular or have a different shape. The requirements with respect to the remaining between the recesses 420 and the recesses 430 webs in the reception of Centrifugal forces are also to be considered here. By reducing the permanent magnets 200 and thus the recesses 420 in the circumferential direction of the rotor module 10 and increasing the flux barriers, the characteristics and performance of an electrical machine formed therewith can be varied between a synchronous machine and a reluctance motor.
Die Ausnehmungen 430 im Blechpaket 20 eines Rotormoduls 10 können im Wesentlichen vollständig mit einem Kunststoff, wie z. B. einem Epoxydharz, ausgefüllt sein, so dass keine Hohlräume vorhanden sind, in denen sich das flüssige Medium sammeln könnte. Somit ist auch in dieser Ausführungsform sichergestellt, dass eine einmal durchgeführte Auswuchtung eines Rotors nicht durch eine Migration von Flüssigkeit innerhalb eines Rotormoduls wieder gestört wird. Außerdem trägt diese vollständige Verfüllung der Ausnehmungen 430 im Hinblick auf Hochdruckanwendungen bei mehreren 100 bar Druck zur zuverlässigen Abdichtung des gesamten Rotormoduls und somit zum Schutz der Permanentmagneten und der Blechschnitte vor dem Flüssigen Medium bei, um eine lange Standzeit bzw. Lebensdauer und eine hohe Zuverlässigkeit der elektrischen Maschine zu erreichen. The recesses 430 in the laminated core 20 of a rotor module 10 may substantially completely with a plastic such. As an epoxy resin, filled, so that no cavities are present, in which the liquid medium could collect. Thus, it is also ensured in this embodiment that a balance once performed by a rotor is not disturbed by a migration of liquid within a rotor module again. In addition, this full backfilling of the recesses 430 with respect to high pressure applications at several 100 bar pressure contributes to reliable sealing of the entire rotor module and thus protection of the permanent magnets and laminations from the liquid medium to provide long service life and high reliability reach electrical machine.
Wie in Fig. 7 gezeigt ist, umfasst in einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung der Rotor wenigstens eine Moduleinheit mit wenigstens einem Modul 10, wobei eine komplette Moduleinheit jeweils mit einer Hülse 16 gekapselt ist, die aus einem korrosionsbeständigen Material gefertigt ist. Die Hülse 16 kann aus Edelstahl gefertigt sein und aus einem um den Außenumfang der Moduleinheit verlaufenden Umfangsabschnitt und zwei an den gegenüberliegenden Stirnseiten angeordneten Stirnabschnitten bestehen, die beispielsweise entsprechende geformte und miteinander verschweißte dünne Bleche sein können. Der Umfangsabschnitt ist vorzugsweise möglichst dünn ausgeführt, z. B. in einer Stärke von etwa 0,2 - 0,3 mm, so dass der magnetisch wirksame Spalt zwischen Rotor und Stator nicht übermäßig vergrößert wird und Wirbelstromverluste gering gehalten werden können. Die Stirnabschnitte sind an ihren radial inneren Rändern mit der ebenfalls aus Edelstahl gefertigten Rotorwelle 30 verschweißt, so dass sich eine hermetisch dichte Kapselung der Moduleinheit mittels des korrosionsbeständigen Materials der Hülse 16 ergibt. Durch das Vorsehen einiger oder mehrerer der oben beschriebenen Merkmale, wie z. B. der Schutzlackschichten und der Kunststofffüllungen, kann über eine sehr lange Lebensdauer einer elektrischen Maschine mit hoher Zuverlässigkeit sichergestellt werden, dass das flüssige Medium nicht zu den Blechschnitten 100 oder den Permanentmagneten 200 vordringen und diese beeinträchtigen (z. B. korrodieren) kann. Dies ist insbesondere z. B. bei Anwendungen im Tiefseebereich von Bedeutung, wo eine Wartung oder Reparatur oder ein Austausch einer elektrischen Maschine eine langwierige und kostenintensive Angelegenheit darstellt. Indem ein Eindringen des flüssigen Medium in das Innere des Rotors gemäß der Erfindung verhindert wird, ist außerdem gewährleistet, dass eine einmal durchgeführte Auswuchtung des Rotors im Betrieb nicht durch ein innerhalb des Rotors migrierendes flüssiges Medium wirkungslos wird. As shown in FIG. 7, in another embodiment of the present invention, the rotor includes at least one module unit having at least one module 10, wherein a complete module unit is each encapsulated with a sleeve 16 made of a corrosion resistant material. The sleeve 16 may be made of stainless steel and consist of a circumferentially extending around the outer periphery of the module unit peripheral portion and two arranged on the opposite end faces end portions, which may be, for example, corresponding shaped and welded together thin sheets. The peripheral portion is preferably designed as thin as possible, for. B. in a thickness of about 0.2 - 0.3 mm, so that the magnetically effective gap between the rotor and stator is not excessively increased and eddy current losses can be kept low. The end portions are welded at their radially inner edges with the rotor shaft 30 also made of stainless steel, so that a hermetically sealed encapsulation of the module unit by means of the corrosion-resistant material of the sleeve 16 results. By providing some or more of the features described above, such as. As the protective lacquer layers and the plastic fillings can be ensured over a very long life of an electrical machine with high reliability that the liquid medium can not penetrate to the sheet metal sections 100 or the permanent magnet 200 and affect them (eg, corrode). This is in particular z. As in applications in the deep sea area, where a maintenance or repair or replacement of an electric machine is a tedious and costly matter. In addition, by preventing penetration of the liquid medium into the interior of the rotor according to the invention, it is ensured that a balancing of the rotor once carried out during operation is not rendered ineffective by a liquid medium migrating within the rotor.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird eine elektrische Maschine geschaffen, die einen Rotor entsprechend den oben beschriebenen Ausführungsformen aufweist. Diese elektrische Maschine kann eine permanentmagnetisch erregte Synchronmaschine oder eine Hybridsynchronmaschine sein, deren Rotor direkt in einem flüssigen Medium rotiert. Durch die geschützte Ausbildung des Rotormoduls 10 bzw. des Rotors gemäß der vorliegenden Erfindung ist sichergestellt, dass auch bei einem aggressiven flüssigen Medium die Blechschnitte 100, 400 der Rotormodule 10 und die darin eingebetteten Permanentmagneten 200 nicht angegriffen werden und somit eine lange Lebensdauer der elektrischen Maschine und eine hohe Zuverlässigkeit erzielt werden können. According to another aspect of the invention, there is provided an electric machine having a rotor according to the above-described embodiments. This electric machine can be a permanent-magnetically excited synchronous machine or a hybrid-synchronous machine whose rotor rotates directly in a liquid medium. The protected design of the rotor module 10 and the rotor according to the present invention ensures that even with an aggressive liquid medium, the laminations 100, 400 of the rotor modules 10 and the permanent magnets 200 embedded therein are not attacked and thus a long life of the electric machine and high reliability can be achieved.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird eine Pumpe geschaffen, die als Antriebsmotor eine solche elektrische Maschine gemäß der Erfindung enthält. Eine solche Pumpe kann daher eine lange Standzeit und eine hohe Lebenserwartung bei großer Zuverlässigkeit aufweisen. According to a further aspect of the invention, a pump is provided which contains as drive motor such an electric machine according to the invention. Such a pump can therefore have a long service life and a high life expectancy with high reliability.
Zu weiteren Vorteilen der Erfindung zählt z. B., dass sich durch die nun mögliche Verwendung von kostengünstigen Nassläufern mit Permanentmagneterregung ein höheres Drehmoment der Synchronmaschine oder Hybridsynchronmaschine im Vergleich zu einem Reluktanzmotor oder einer Asynchronmaschine ergibt, was z. B. zu kleineren Motordurchmessern bei gleicher Leistungsfähigkeit und Länge des Motors führt. Bei den in Tiefseeanwendungen erforderlichen Druckgehäusen, die einem Prüfdruck von 1.000 bar standhalten müssen, ergibt sich durch die Verwendung des Rotormoduls der vorliegenden Erfindung eine erhebliche Einsparung in der Baugröße, vor allem im Durchmesser. Bei solchen zylindrischen Druckgefäßen nehmen die Kosten mit dem Durchmesser viel stärker zu als mit der Länge. For further advantages of the invention z. B. that results from the now possible use of inexpensive wet rotors with permanent magnet excitation, a higher torque of the synchronous machine or hybrid synchronous machine compared to a reluctance motor or an asynchronous machine, which z. B. to smaller engine diameters with the same performance and Length of the engine leads. In the case of the pressure housings required in deep sea applications, which must withstand a test pressure of 1,000 bar, the use of the rotor module of the present invention results in a considerable saving in size, above all in diameter. With such cylindrical pressure vessels, the cost increases much more with the diameter than with the length.
Die elektrische Maschine gemäß dieser Erfindung kann auch als Spaltrohrmaschine ausgeführt sein, bei der der Rotorraum von dem Statorraum durch ein im Induktionsspalt (Luftspalt) angeordnetes Rohr fluiddicht getrennt ist, um z. B. unterschiedliche Fluide zur Rotorkühlung und -Schmierung einerseits und zur Statorkühlung andererseits zu verwenden. Das Spaltrohr kann auch dazu dienen, mit dem gleichen Fluid zwei getrennte Kreisläufe auszubilden. The electric machine according to this invention may also be designed as a canned machine, in which the rotor space of the stator space is fluid-tightly separated by a tube arranged in the induction gap (air gap) to z. B. different fluids for rotor cooling and lubrication on the one hand and for stator cooling on the other hand to use. The split tube can also serve to form two separate circuits with the same fluid.
Neben dem Vorteil des Effizienzgewinns durch intern permanenterregte Synchron oder Hybridsynchronmaschinen im Vergleich zu Reluktanzmaschinen oder Asynchronmaschinen bei Nassläufern ergeben sich weitere Vorteile, wie z.B. ein sehr hoher planimetrischer Wirkungsgrad, Leistungssteigerungen des Motors (oder des Generators), eine Reduzierung des Motorstroms und dadurch auch kleinere erforderliche Kabelquerschnitte, eine konstante Drehzahl im gesamten Lastbereich, eine geringere spezifische Erwärmung, Einsparung von Rotorstäben und Kurzschlussringen (wobei ein Lötvorgang in der Herstellung entfällt), sowie eine Gewichts- und Längenreduzierung der elektrischen Maschine bei vorgegebener Leistungsfähigkeit. In addition to the advantage of efficiency gains by internally permanent-magnet synchronous or hybrid synchronous machines compared to reluctance machines or asynchronous machines in wet rotors, there are further advantages, such as a very high planimetric efficiency, power increases of the engine (or the generator), a reduction of the motor current and thus smaller required Cable cross-sections, a constant speed in the entire load range, a lower specific heating, saving of rotor bars and short-circuit rings (whereby a soldering process is eliminated in the production), as well as a reduction in weight and length of the electric machine for a given performance.
Bezugszeichenliste: LIST OF REFERENCE NUMBERS
10 Rotormodul 10 rotor module
12 Klebstoffschicht 12 adhesive layer
14 Schutzlackhülle 14 protective lacquer cover
16 Hülse  16 sleeve
20 Blechpaket  20 laminated core
30 Rotorwelle  30 rotor shaft
100, 400 Blech, Blechschnitt 100, 400 sheet metal, sheet metal section
110, 410 zentrale Öffnung110, 410 central opening
120, 420 Aussparung 120, 420 recess
121 Klebstoffschicht 121 adhesive layer
122 Kunststoffbeschichtung122 plastic coating
124 Kunststofffüllung124 plastic filling
126 Schutzlacküberzug126 protective lacquer coating
128 Kunststofffüllung128 plastic filling
200 Permanentmagnet200 permanent magnet
202 Schutzlackbeschichtung202 protective lacquer coating
430 Flusssperre 430 river barrier

Claims

Patentansprüche claims
Modul (10) für einen mittels Permanentmagneten (200) erregten Rotor einer elektrischen Maschine, der in einem flüssigen Medium rotiert, Module (10) for a permanent magnet (200) excited rotor of an electric machine which rotates in a liquid medium,
dadurch gekennzeichnet,  characterized,
dass das Modul (10) einen zylindrischen, aktiven Teil enthält, der mehrere kreisförmige, zu einem Blechpaket (20) zusammengesetzte weichmagnetische Bleche (100) mit einer zentralen Öffnung (110) zum Aufnehmen einer Rotorwelle (30) aufweist; und  in that the module (10) comprises a cylindrical active part comprising a plurality of circular soft magnetic sheets (100) assembled into a laminated core (20) and having a central opening (110) for receiving a rotor shaft (30); and
dass mindestens zwei Permanentmagneten (200), vor dem flüssigen Medium geschützt, in wenigstens zwei entsprechenden Aussparungen (120) in dem Blechpaket (20) angeordnet sind, wobei die Aussparungen (120) unterhalb einer zylindrischen Umfangsoberfläche des Blechpakets (20) ausgebildet sind.  in that at least two permanent magnets (200), protected from the liquid medium, are arranged in at least two corresponding recesses (120) in the laminated core (20), the recesses (120) being formed below a cylindrical peripheral surface of the laminated core (20).
Modul (10) nach Anspruch 1 , Module (10) according to claim 1,
dadurch gekennzeichnet,  characterized,
dass die Permanentmagneten (200) allseitig mit einer Schutzlackschicht (202) überzogen sind.  in that the permanent magnets (200) are coated on all sides with a protective lacquer layer (202).
Modul (10) nach Anspruch 1 oder 2, Module (10) according to claim 1 or 2,
dadurch gekennzeichnet,  characterized,
dass die Bleche (100) jeweils auf wenigstens einer Seite eine im Wesentlichen vollflächige Klebstoffschicht (102) aufweisen und zu dem Blechpaket zusammengebacken sind.  that the sheets (100) each have on at least one side a substantially full-surface adhesive layer (102) and are baked together to form the laminated core.
Modul (10) nach irgendeinem der vorangehenden Ansprüche, Module (10) according to any one of the preceding claims,
dadurch gekennzeichnet,  characterized,
dass die Innenflächen der Aussparungen (120) in dem Blechpaket (20) mit einer im Wesentlichen vollflächig ausgeführten Kunststoffbeschich- tung (122) versehen sind.  in that the inner surfaces of the recesses (120) in the laminated core (20) are provided with a substantially full-surface plastic coating (122).
Modul (10) nach irgendeinem der vorangehenden Ansprüche, Module (10) according to any one of the preceding claims,
dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenräume zwischen den Permanentmagneten (200) und den Innenflächen der Aussparungen (120) in dem Blechpaket (20) im Wesentlichen vollständig mit einer Kunststofffüllung (124) ausgefüllt sind. characterized, the gaps between the permanent magnets (200) and the inner surfaces of the recesses (120) in the laminated core (20) are substantially completely filled with a plastic filling (124).
Modul (10) nach irgendeinem der vorangehenden Ansprüche, Module (10) according to any one of the preceding claims,
dadurch gekennzeichnet,  characterized,
dass die Permanentmagneten (200) eine Abmessung in Axialrichtung des Moduls (10) aufweisen, die etwas kleiner ist als die axiale Länge des Moduls (10);  the permanent magnets (200) have a dimension in the axial direction of the module (10) that is slightly smaller than the axial length of the module (10);
wobei die Permanentmagneten (200) in Axialrichtung des Moduls (10) mittig in den Aussparungen (120) angeordnet sind, so dass sie zu den beiden Stirnflächen des Moduls (10) beabstandet sind; und  wherein the permanent magnets (200) are arranged centrally in the recesses (120) in the axial direction of the module (10), so that they are spaced apart from the two end faces of the module (10); and
wobei die jeweiligen Räume zwischen den Permanentmagneten (200) und den beiden Stirnflächen des Moduls (10) im Wesentlichen vollständig mit einer Kunststofffüllung (128) ausgefüllt sind.  wherein the respective spaces between the permanent magnets (200) and the two end faces of the module (10) are substantially completely filled with a plastic filling (128).
Modul (10) nach irgendeinem der vorangehenden Ansprüche, Module (10) according to any one of the preceding claims,
dadurch gekennzeichnet,  characterized,
dass das komplette Modul (10) vollständig mit einem Schutzlacküberzug (126) versehen ist.  that the complete module (10) is completely provided with a protective coating (126).
Modul (10) nach irgendeinem der vorangehenden Ansprüche, Module (10) according to any one of the preceding claims,
dadurch gekennzeichnet,  characterized,
dass neben den wenigstens zwei Aussparungen (420) für die Permanentmagneten (200) Flusssperren in Form weiterer Ausnehmungen (430) in dem Blechpaket (20) ausgebildet sind, wobei vorzugsweise diese Ausnehmungen (430) im Wesentlichen vollständig mit einem Kunststoff ausgefüllt sind.  that in addition to the at least two recesses (420) for the permanent magnets (200) flow barriers in the form of further recesses (430) in the laminated core (20) are formed, preferably these recesses (430) are substantially completely filled with a plastic.
Rotor einer mittels Permanentmagneten (200) erregten elektrischen Maschine, der eine Rotorwelle (30) und wenigstens eine Moduleinheit aufweist, wobei die wenigstens eine Moduleinheit jeweils mindestens ein auf die Rotorwelle (30) aufgesetztes Modul (10) nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 8 umfasst. A rotor of an electric machine excited by means of permanent magnets (200), which has a rotor shaft (30) and at least one modular unit, wherein the at least one module unit comprises at least one module (10) according to any one of claims 1 to 8 mounted on the rotor shaft (30) ,
10. Rotor nach Anspruch 9, 10. Rotor according to claim 9,
dadurch gekennzeichnet,  characterized,
dass in der wenigstens einen Moduleinheit jeweils mehrere der Module (10) an ihren Stirnflächen mittels einer Klebstoffschicht (12) im Wesentlichen vollflächig miteinander verklebt sind.  that in the at least one module unit in each case a plurality of the modules (10) are glued to each other at their end faces by means of an adhesive layer (12) substantially over the entire surface.
11. Rotor nach Anspruch 10, 11. Rotor according to claim 10,
dadurch gekennzeichnet,  characterized,
dass die wenigstens eine Moduleinheit in ihrer Gesamtheit jeweils mit einer Schutzlackhülle (14) überzogen ist.  in that the at least one modular unit in its entirety is coated in each case with a protective lacquer cover (14).
12. Rotor nach irgendeinem der Ansprüche 9 bis 11 , 12. A rotor according to any one of claims 9 to 11,
dadurch gekennzeichnet,  characterized,
dass das die wenigstens eine komplette Moduleinheit jeweils mit einer aus einem korrosionsbeständigen Material bestehenden Hülse (16) gekapselt ist.  in that the at least one complete module unit is encapsulated in each case with a sleeve (16) consisting of a corrosion-resistant material.
13. Rotor nach Anspruch 12, 13. Rotor according to claim 12,
dadurch gekennzeichnet,  characterized,
dass die Rotorwelle (30) und die Hülse (16) aus Edelstahl gefertigt sind; und  that the rotor shaft (30) and the sleeve (16) are made of stainless steel; and
dass die Hülse (16) einen um den Außenumfang der Moduleinheit verlaufenden Umfangsabschnitt und zwei an den gegenüberliegenden Stirnseiten der Moduleinheit angeordnete Stirnabschnitte aufweist,  the sleeve (16) has a circumferential section running around the outer circumference of the modular unit and two end sections arranged on the opposite end faces of the modular unit,
wobei die Stirnabschnitte an ihren radial inneren Rändern jeweils mit der Rotorwelle (30) verschweißt sind.  wherein the end portions are welded at their radially inner edges in each case with the rotor shaft (30).
14. Elektrische Maschine, die einen Rotor nach irgendeinem der Ansprüche 9 bis 13 umfasst. 14. An electric machine comprising a rotor according to any one of claims 9 to 13.
15. Pumpe, die als Antriebsmotor eine elektrische Maschine nach Anspruch 14 umfasst. 15. pump, which comprises an electric machine according to claim 14 as the drive motor.
EP11705462.7A 2011-02-24 2011-02-24 Internally exicted synchronous motor comprising a permanent magnet rotor with multiple corrosion protection Withdrawn EP2678921A2 (en)

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