EP2834905A2 - Synchronous reluctance motor and underwater pump - Google Patents

Synchronous reluctance motor and underwater pump

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EP2834905A2
EP2834905A2 EP13715657.6A EP13715657A EP2834905A2 EP 2834905 A2 EP2834905 A2 EP 2834905A2 EP 13715657 A EP13715657 A EP 13715657A EP 2834905 A2 EP2834905 A2 EP 2834905A2
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EP
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reluctance motor
synchronous reluctance
rotor
motor according
stator
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Withdrawn
Application number
EP13715657.6A
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German (de)
French (fr)
Inventor
Sven Urschel
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KSB SE and Co KGaA
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KSB AG
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Abstract

The present invention relates to a synchronous reluctance motor for an underwater pump having a stator and a rotor which comprises a fluid barrier section for forming one or more magnetic pole pairs, wherein the airgap between the rotor (12) and the stator (11) is at least partially filled with a ferrofluid (20). A further partial aspect of the invention relates to an underwater pump with such a synchronous reluctance motor for driving the pump.

Description

KSB Aktiengesellschaft  KSB Aktiengesellschaft
67227 Frankenthal  67227 Frankenthal
Beschreibung description
Synchron-Reiuktanzmotor und Unterwasserpumpe Synchronous Reiuktanzmotor and underwater pump
Die Erfindung betrifft einen Synchron-Reluktanzmotor zum Antrieb einer Unterwasserpumpe mit einer Stator-Rotor-Anordnung, wobei der Rotor einen Flusssperrenschnitt zur Ausprägung ein oder mehrerer magnetischer Polpaare umfasst. Zudem betrifft die Erfindung eine Unterwasserpumpe mit einem derartigen Antriebsmotor. The invention relates to a synchronous reluctance motor for driving an underwater pump with a stator-rotor arrangement, wherein the rotor comprises a flow barrier cut for the expression of one or more magnetic pole pairs. In addition, the invention relates to an underwater pump with such a drive motor.
Unterwassermotorpumpen dienen zur Förderung von flüssigen Medien in Bohrlöchern. Die Gehäuseaußenseite der Motoren wird vom Fördermedium, in der Regel Grundwasser, vollständig oder teilweise benetzt. Die verwendeten Pumpenantriebsmotoren sind gekapselt ausgeführt, um das Eindringen des Fördermediums in den Motorinnenraum zu verhindern. Submersible motor pumps are used to convey liquid media in boreholes. The outside of the housing of the motors is completely or partially wetted by the pumped medium, usually groundwater. The pump drive motors used are encapsulated to prevent the penetration of the fluid into the engine compartment.
Der Motorraum ist mit einem geeigneten flüssigen Medium befüllt, vorzugsweise mit einem Wasser-Glykol-Gemisch oder Öl, das sowohl den ungeschützten Rotor als auch im Falle eines ungeschützten Stators den Stator samt kunststoffisolierter Wickeldrähte oder im Falle eines geschützten Stators ein Spaltrohr benetzt. Das eingefülite Medium sorgt für eine ausreichende Kühlleistung des Motors. The engine compartment is filled with a suitable liquid medium, preferably with a water-glycol mixture or oil, which wets both the unprotected rotor and in the case of an unprotected stator, the stator together with plastic-insulated winding wires or in the case of a protected stator, a can. The injected medium ensures sufficient cooling capacity of the engine.
Gleichzeitig sorgt das Medium für eine konstante Schmierung der hydrodynamischen Gleitlager und bietet unter Umständen eine wünschenswerte korrosionsschützende Wirkung der Aktivteile. At the same time, the medium ensures a constant lubrication of the hydrodynamic plain bearings and may provide a desirable anti-corrosive effect of the active parts.
Gegenüber luftgefüllten Motorräumen verringert sich der erzielbare Wirkungsgrad und Leistungsfaktor derartiger Maschinen jedoch deutlich, da unter anderem aufgrund des flüssigen Mediums im Motorraum die Reibleistung zwischen Rotor und Medium massiv zunimmt, Compared to air-filled engine compartments, however, the achievable efficiency and power factor of such machines is significantly reduced, partly because of the liquid medium in the engine compartment, the friction between rotor and medium massively increases,
Unterwassermotorpumpenaggregate werden in passende Bohrlöcher im Bereich des Fördermediums installiert. Die Bohrkosten variieren in Abhängigkeit der Bohrtiefe und des notwendigen Bohriochdurchmessers. Gerade Bohrlochtiefen von einigen hundert Metern verursachen enorme Kosten, denen beispielsweise durch eine Beschränkung des zulässigen Bohriochdurchmessers Einhalt geboten wird. Submersible motor pump units are installed in suitable boreholes in the area of the pumped medium. The drilling costs vary depending on the drilling depth and the required Bohriochdurchmessers. Straight borehole depths of a few hundred meters cause enormous costs, which are halted for example by limiting the permissible Bohriochdurchmessers.
Die Begrenzung des maximalen Durchmessers stellt jedoch hohe Anforderungen an die Entwicklung der Motoraggregate, da die physikalische Dimensionierung des Aggregats in der Regel dessen Wirkungsgrad und Leistungsfaktor maßgeblich mitbestimmt. Insbesondere muss der Motorquerschnitt an den gewünschten Bohrlochdurchmesser ange- passt werden. The limitation of the maximum diameter, however, makes high demands on the development of the motor units, since the physical dimensioning of the unit usually contributes to its efficiency and power factor. In particular, the motor cross-section must be adapted to the desired borehole diameter.
Um dennoch eine ausreichende Wellenleistung bereitstellen zu können, muss die Aktiv- teillänge des Motors entsprechend vergrößert werden. Die damit verbundene sehr schlanke Bauweise des Aggregats lässt das Verhältnis von Rotorlänge zum Rotordurchmesser anwachsen. Die Aktivteillänge des Rotors ist dabei mindestens doppelt so groß wie der Rotordurchmesser. Aus fertigungstechnischen Gründen muss daher ein relativ großer Luftspalt realisiert werden, der deutlich größer als bei herkömmlichen Motoren ausfällt. Üblicherweise betragen die Luftspaltabmessungen von Unterwassermotoren mehr als das Doppelte der Luftspaltabmessungen von herkömmlichen Motoren. Nevertheless, in order to be able to provide sufficient shaft power, the active part length of the motor must be correspondingly increased. The associated very slim design of the unit can increase the ratio of rotor length to the rotor diameter. The active part length of the rotor is at least twice as large as the rotor diameter. For manufacturing reasons, therefore, a relatively large air gap must be realized, which is significantly larger than conventional motors fails. Typically, the air gap dimensions of submersible motors are more than twice the air gap dimensions of conventional motors.
Allerdings ist es gerade bei Aggregaten, die nach dem Reluktanzprinzip arbeiten, besonders wünschenswert, den Luftspalt so klein wie möglich zu halten. Die einsatzbedingte Motorkonstruktion bei Unterwassermotoren führt jedoch dazu, dass der Einsatz von Synchron-Reluktanzmotoren im Unterwasserpumpenbereich derzeit nur mit erheblichen Einbußen bei Wirkungsgrad und Leistungsfaktor realisierbar ist. However, it is particularly desirable for aggregates that operate on the reluctance principle, to keep the air gap as small as possible. However, the application-specific engine design of submersible motors means that the use of synchronous reluctance motors in the underwater pump sector can currently only be achieved with considerable losses in terms of efficiency and power factor.
Aufgabe der Erfindung ist es somit, einen bekannten Synchron-Refuktanzmotor in der Art und Weise zu modifizieren, dass dieser auch in einer Unterwasserpumpe einsetzbar ist, ohne jedoch nennenswerte Einbußen beim Wirkungsgrad und Leistungsfaktor in Kauf nehmen zu müssen. The object of the invention is therefore to modify a known synchronous refuktance motor in such a way that it can also be used in an underwater pump is, however, without having to accept appreciable losses in efficiency and power factor.
Diese Aufgabe wird durch einen Synchron-Reluktanzmotor gemäß den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen des dargestellten Synchron- Reluktanzmotors sind Gegenstand der sich an den Hauptanspruch anschließenden abhängigen Ansprüche. This object is achieved by a synchronous reluctance motor according to the features of claim 1. Advantageous embodiments of the illustrated synchronous reluctance motor are the subject of subsequent to the main claim dependent claims.
Gemäß der Merkmalskombination des Anspruchs 1 wird ein Synchron-Reiuktanzmotor vorgeschlagen, der einen Stator sowie einen mit dem Stator in Wirkverbindung stehenden Rotor aufweist. Der Rotor umfasst einen Flusssperrenschnitt zur Ausprägung ein oder mehrerer magnetischer Polpaare. According to the combination of features of claim 1, a synchronous Reiuktanzmotor is proposed, which has a stator and a stator operatively connected to the rotor. The rotor comprises a flux barrier cut for the expression of one or more pairs of magnetic poles.
Ferner kann der Rotor der Synchron-Reluktanzmaschine vorzugsweise mit einem zylinderförmigen weichmagnetischen Element ausgestattet sein, das koaxial auf der Rotorachse angeordnet ist. Zur Ausbildung mindestens eines Polpaares bzw. Lückenpaares umfasst das weichmagnetische Element bevorzugt Flussleit- sowie Flusssperrabschntt- te, die sich gegenseitig in einer unterschiedlich stark ausgeprägten magnetischen Permeabilität unterscheiden. Der Abschnitt mit großer magnetischer Leitfähigkeit wird als d- Achse des Rotors und der Abschnitt mit vergleichsweise geringerer Leitfähigkeit als q- Achse des Rotors gekennzeichnet. Eine optimale Drehmomentausbeute stellt sich dann ein, wenn die d-Achse eine möglichst große magnetische Leitfähigkeit und die q-Achse eine möglichst niedrige magnetische Leitfähigkeit aufweist. Further, the rotor of the synchronous reluctance machine may preferably be provided with a cylindrical soft magnetic element coaxially arranged on the rotor axis. In order to form at least one pole pair or gap pair, the soft magnetic element preferably comprises flux-conducting and flux-barrier sections which differ from each other in a different degree of magnetic permeability. The large magnetic conductivity portion is designated as the d axis of the rotor and the portion of comparatively lower conductivity as the q axis of the rotor. An optimal torque yield occurs when the d-axis has the largest possible magnetic conductivity and the q-axis has the lowest possible magnetic conductivity.
Diese Voraussetzung kann durch die Ausbildung von mehreren mit Luft gefüllten Aussparungen im weichmagnetischen Element entlang der q-Achse erreicht werden. This requirement can be achieved by forming a plurality of air-filled recesses in the soft magnetic element along the q-axis.
In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Rotors ist das weichmagnetische Element ein Blechpaket, das aus mehreren in axialer Richtung des Rotors aufeinandergestapelter Bleche aufgebaut ist. Diese Bauweise verhindert das Auftreten von Wirbelströmen im weichmagnetischen Element, insbesondere bietet sich ein Auf- bau des Blechpaketes gemäß der technischen Lehre der US 5,818,140 an, auf die in diesem Zusammenhang ausdrücklich Bezug genommen wird. In a preferred embodiment of the rotor according to the invention, the soft magnetic element is a laminated core, which is constructed from a plurality of stacked in the axial direction of the rotor sheets. This design prevents the occurrence of eddy currents in the soft magnetic element, in particular, offers a Construction of the laminated core according to the technical teaching of US 5,818,140, to which reference is expressly made in this context.
Aufgrund der eingangs erläuterten technischen Gegebenheiten bei Unterwassermotorpumpen existiert ein vergleichsweise großer Luftspalt zwischen Rotor- und Statorelement. Eine den damit verbundenen Leistungs- und Wirkungseinbußen entgegenwirkende geometrische Verkleinerung des Luftspaltes scheidet aus den oben genannten Gründen aus. Due to the technical conditions described in the case of submersible motor pumps, there is a comparatively large air gap between the rotor and stator element. A geometric reduction of the air gap, which counteracts the associated loss of performance and effect, is ruled out for the reasons stated above.
Erfindungsgemäß ist das bisher verwendete Füllmedium im Motorinnenraum durch ein Ferrofluid ersetzt. Eine geeignete Wahl des verwendeten Ferrofluids führt zu einer relativen Permeabilität von pR > 1. Die Vergrößerung der Permeabilität im Luftspalt entspricht in ihrer Wirkung einer geometrischen Verringerung des magnetischen Luftspalts. Der magnetisch wirksame Luftspalt ist entsprechend verkleinert. Je größer der Wert der Permeabilität im Luftspalt ist, desto vorteilhafter gestaltet sich der Wirkungsgrad und Leistungsfaktor des verwendeten Synchron-Reluktanzmotors. Die Wechselwirkung zwischen Rotor und Stator wird verstärkt. Somit lassen sich gewisse Motorprinzipien auch dort einsetzen, wo aufgrund der technischen Gegebenheiten ein vergleichsweise großer Luftspalt Bedingung ist. According to the filling medium previously used in the engine compartment is replaced by a ferrofluid. A suitable choice of the ferrofluid used leads to a relative permeability of p R > 1. The increase in the permeability in the air gap corresponds in its effect to a geometric reduction of the magnetic air gap. The magnetically active air gap is correspondingly reduced. The greater the value of the permeability in the air gap, the more advantageous is the efficiency and power factor of the synchronous reluctance motor used. The interaction between rotor and stator is enhanced. Thus, certain engine principles can also be used where, due to the technical conditions, a comparatively large air gap condition.
Die erfindungsgemäße Verwendung eines Ferrofluids erlaubt den Einsatz eines Syn- chron-Reluktanzmotoren zum Antrieb einer Unterwasserpumpe mit einem zufriedenstellenden Wirkungsgrad und Leistungsfaktor. The use of a ferrofluid according to the invention allows the use of a synchronous reluctance motor for driving an underwater pump with a satisfactory efficiency and power factor.
Gleichzeitig verbessert das verwendete Fluid die Wärmeabfuhr im Motorinnenraum. Zudem werden hydrodynamische Gleitlager ständig geschmiert und das Ferrofluid kann eine korrosionsschützende Wirkung auf die verwendeten Aktivteile des Synchron- Reluktanzmotors haben. At the same time, the fluid used improves the heat dissipation in the engine compartment. In addition, hydrodynamic sliding bearings are constantly lubricated and the ferrofluid can have a corrosion-protective effect on the active parts of the synchronous reluctance motor used.
Das Ferrofluid weist ein oder mehrere auf Magnetismus ansprechende Komponenten auf, welche magnetisierbar und in der Regel superparamagnetisch sind. Die magnetischen Komponenten können in unterschiedlicher Form in einer Trägerflüssigkeit vorliegen. Die Kombination aus Partikeln und Trägerflüssigkeit bildet das Fer- rofluid. The ferrofluid has one or more magneto-responsive components which are magnetizable and typically superparamagnetic. The magnetic components can be present in different forms in a carrier liquid. The combination of particles and carrier liquid forms the ferrofluid.
Eine Möglichkeit besteht darin, dass die Komponenten als Partikel vorliegen, die in der Trägerflüssigkeit suspendiert sind. Idealerweise sind die einzelnen Partikel in der Trägerflüssigkeit kolloidal suspendiert. One possibility is that the components are present as particles suspended in the carrier liquid. Ideally, the individual particles are colloidally suspended in the carrier liquid.
Die Partikelgröße liegt im Nanobereich, vorzugsweise zwischen 1 nm und 10 nm, wobei sich insbesondere Partikelgrößen im Bereich zwischen 5 nm und 10 nm als günstig erweisen. The particle size is in the nano range, preferably between 1 nm and 10 nm, with particular particle sizes in the range between 5 nm and 10 nm prove to be favorable.
Ein oder mehrere Partikel bestehen in geeigneter Weise aus wenigstens einem der Stoffe Eisen, Magnetid, Kobalt oder einer speziellen Legierungen. One or more particles suitably consist of at least one of iron, magnetite, cobalt or a special alloy.
Die Partikel können mit einer Oberflächenbeschichtung, insbesondere einer polymeren Beschichtung versehen sein. Möglich ist die Beimengung einer oberflächenaktiven Substanz, die als monomolekulare Schicht an der Oberfläche der Partikel haftet. Die Radikale polarer Moleküle der oberflächenaktiven Substanz stoßen sich gegenseitig ab und verhindern damit ein Verklumpen der Partikel. The particles may be provided with a surface coating, in particular a polymeric coating. It is possible to add a surface-active substance which adheres to the surface of the particles as a monomolecular layer. The radicals of polar molecules of the surfactant repel each other and thus prevent clumping of the particles.
Um die Reibleistung am Rotor in Grenzen zu halten, ist es zweckmäßig, ein niederviskoses Ferrofluid zu verwenden. Beispielsweise liegt die Viskosität des verwendeten Ferrofluids im Bereich der von Wasser, d. h. im Bereich von ca. 1 mPa-s bei 20°C. In order to limit the friction power on the rotor, it is expedient to use a low-viscosity ferrofluid. For example, the viscosity of the ferrofluid used is in the range of that of water, i. H. in the range of about 1 mPa-s at 20 ° C.
Der Einsatz des Ferrofluids bringt jedoch negative Begleiterscheinung mit sich, da die gesteigerte Permeabilität im Motorraum auch auftretende Streuverluste verstärkt. Anders als bei luftgefüllten Motoren wird die Ausbreitung der streuenden Feldlinien nicht mehr gehemmt sondern gefördert, weshalb die auftretenden Verluste erheblich zunehmen. Um diesem Effekt entgegenzuwirken, können Mittel im Bereich wenigstens eines Wickelkopfes des Stators zur Verringerung der auftretenden Stirnsteuerung vorgesehen sein. Zweckmäßig werden ein oder mehrere Elemente in diesem Bereich angeordnet, um das Ferrofluid in diesem Bereich zu verdrängen. Geeignete Elemente sind ein oder mehrere Kunststoffkörper, die vorzugsweise passgenau um ein oder mehrere Wickelköpfe anbringbar bzw. auf diesen aufsteckbar sind. Alternative Mittel zur Verringerung der auftretenden Stirnstreuung ergeben sich durch ein Vergießen der Wickelköpfe oder ein Ausschäumen des Raumes um die Wickelköpfe. Grundsätzlich sind Materialien mit amagnetischen Eigenschaften geeignet. However, the use of the ferrofluid entails a negative side effect, since the increased permeability in the engine compartment also increases scattering losses that occur. Unlike air-filled engines, the spread of the scattering field lines is no longer inhibited but encouraged, which is why the losses occur significantly. To counteract this effect, means may be provided in the region of at least one winding head of the stator for reducing the forehead control occurring. Conveniently, one or more elements are placed in this area to displace the ferrofluid in this area. Suitable elements are one or more plastic bodies, which are preferably attachable to one or more winding heads or can be attached to these. Alternative means for reducing the occurrence of frontal scattering arise by casting the winding heads or foaming the space around the winding heads. Basically, materials with non-magnetic properties are suitable.
Eine ähnliche Problematik besteht im Bereich der Nutschlitze des Statorkörpers, Auch hier können sich die Feldlinien auf Grund des Ferrofluids besser ausbreiten und höhere Verluste verursachen. Zweckmäßig werden Mittel im Bereich der Nutschlitze vorgeschlagen, die das Ferrofluid aus diesem Bereich verdrängen und die auftretende Streuverluste begrenzen. Besonders vorteilhaft sind Nutkeile, die in ein oder mehrere Nutzschlitze eingesetzt werden. A similar problem exists in the area of the slot slots of the stator body. Here, too, the field lines can propagate better due to the ferrofluid and cause higher losses. Expediently, means in the area of the slot slots are proposed which displace the ferrofluid from this area and limit the scattering losses that occur. Slot wedges which are used in one or more payload slots are particularly advantageous.
Der Rotor der Synchron-Reluktanzmaschine besteht vorzugsweise aus einem laminierten Rotorpaket. Das Rotorpaket weist einzelne Flusssperren zur Ausprägung ein oder mehrerer Polpaare auf. Flusssperren werden in an sich bekannter Weise durch Aussparungen im Rotorpaket gebildet, die üblicherweise mit Luft befüllt sind. In diesem Fall besteht die Gefahr, dass das Ferrofluid in den Hohlraum der Flusssperren gelangt. In einer bevorzugten Ausführung der Erfindung ist der Rotor oder zumindest ein Teil des Rotors gekapselt ausgeführt, um den Rotorkörper gegenüber dem Ferrofluid abzudichten. The rotor of the synchronous reluctance machine preferably consists of a laminated rotor core. The rotor core has individual flow barriers for the expression of one or more pairs of poles. Flush barriers are formed in a conventional manner by recesses in the rotor core, which are usually filled with air. In this case, there is a risk that the ferrofluid gets into the cavity of the river barriers. In a preferred embodiment of the invention, the rotor or at least a part of the rotor is designed encapsulated in order to seal off the rotor body from the ferrofluid.
Alternativ oder zusätzlich können ein oder mehrere Flusssperren separat abgedichtet und gegenüber einem unerwünschten Flüssigkeitseintritt geschützt sein. Möglich ist auch das Befüllen der Flusssperren mit einem geeigneten Material, beispielsweise Kunststoff, um den Flüssigkeitseintritt zu unterbinden. Die Erfindung betrifft des Weiteren eine Unterwasserpumpe mit einem die Pumpe antreibenden Synchron-Reluktanzmotor gemäß den Merkmalen des erfindungsgemäßen Motors bzw. einer vorteilhaften Ausführungsform des Synchron-Reluktanzmotors. Die Unterwasserpumpe weist offensichtlich dieselben Vorteile und Eigenschaften wie der erfindungsgemäße Synchron-Reluktanzmotor bzw. eine vorteilhafte Ausgestaltung des Motors auf, weshalb an dieser Stelle auf eine erneute Beschreibung verzichtet wird. Alternatively or additionally, one or more flow barriers can be sealed separately and protected against undesired liquid entry. It is also possible to fill the flow barriers with a suitable material, such as plastic, to prevent the ingress of liquid. The invention further relates to an underwater pump with a synchronous reluctance motor driving the pump according to the features of the motor according to the invention or an advantageous embodiment of the synchronous reluctance motor. The underwater pump obviously has the same advantages and properties as the synchronous reluctance motor according to the invention or an advantageous embodiment of the motor, for which reason a renewed description is dispensed with at this point.
Weitere Vorteile und Eigenschaften der Erfindung ergeben sich aus dem in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeäspiel. Es zeigen: Further advantages and features of the invention will become apparent from the Ausführungsbeäspiel shown in the drawings. Show it:
Figur 1 : eine schematische Längsschnittdarstellung des erfindungsgemäßen Synchron-Reluktanzmotors, FIG. 1 shows a schematic longitudinal section of the synchronous reluctance motor according to the invention,
Figur 2: eine schematische Querschnittsdarstellung des Rotors des erfindungsgemäßen Synchron-Reluktanzmotors und Figure 2 is a schematic cross-sectional view of the rotor of the synchronous reluctance motor according to the invention and
Figur 3: einen Detailausschnitt des Stators des erfindungsgemäßen Synchron- Reluktanzmotors. Figure 3: a detail of the stator of the synchronous reluctance motor according to the invention.
Der in Figur 1 dargestelite Synchron-Reluktanzmotor 10 weist einen üblichen Stator 11 und einem zum Stator 11 drehbar gelagerten Rotor 12 auf, der selbst koaxial auf der Welle 13 angeordnet ist. Der Rotorköper besteht aus einem laminierten Paket, beispielsweise einem Blechpaket, wobei die einzelnen Schichten bzw. Bleche in axialer Richtung der Welle 13 gestapelt sind. Eine schematische Darstellung einer einzelnen Schicht ist der Figur 2 zu entnehmen. The synchronous reluctance motor 10 shown in FIG. 1 has a conventional stator 11 and a rotor 12 which is rotatably mounted to the stator 11 and which is itself arranged coaxially on the shaft 13. The rotor body consists of a laminated package, for example a laminated core, wherein the individual layers or sheets are stacked in the axial direction of the shaft 13. A schematic representation of a single layer is shown in FIG.
Der Abstand zwischen der Rotor- und Statorwandung wird als Luftspalt bezeichnet. Erfindungsgemäß ist in der Figur 1 der Motorinnenraum mit einem Ferrofluid 20 gefüllt, wodurch die Permeabilität im Bereich zwischen Stator 1 1 und Rotor 12 erhöht und der vergleichsweise große geometrische Abstand kompensiert wird. Die Wechselwirkung zwischen Rotor 12 und Stator 1 1 , d.h. die Reluktanzkraft, wird durch die erhöhte Permeabilität vergrößert. Das verwendete Ferrofluid 20 besteht aus wenigen Nanometer großen magnetischen Partikeln, die in einer geeigneten Trägerflüssigkeit kolloidal suspendiert sind. Die viskosen Eigenschaften des verwendeten Ferrofluids 20 werden dabei so gewählt, dass die Reibleistung zwischen Rotor und Ferrofluid 20 möglichst gering ausfällt. Idealerweise weist das Ferrofluid 20 eine Viskosität in der Größenordnung der Viskosität von Wasser auf. The distance between the rotor and stator walls is called the air gap. According to the invention, the motor interior is filled with a ferrofluid 20 in FIG. 1, which increases the permeability in the region between stator 11 and rotor 12 and compensates for the comparatively large geometric distance. The interaction between rotor 12 and stator 11, ie the reluctance force, is increased by the increased permeability. The ferrofluid 20 used consists of a few nanometer sized magnetic particles which are colloidally suspended in a suitable carrier liquid. The viscous properties of the ferrofluid 20 used are selected so that the friction between the rotor and ferrofluid 20 is as small as possible. Ideally, the ferrofluid 20 has a viscosity in the order of the viscosity of water.
Auftretende Streuverluste im Bereich der Wickelköpfe 15 des Stators 1 1 sollen durch ein oder mehrere Kunststoffkörper 16 möglichst weitgehend reduziert werden. Der Kunststoffkörper wird auf dem entsprechenden Wickelkopf 15 angebracht und umgibt diesen zur vollständigen Verdrängung des Ferrofluids. Occurring scattering losses in the region of the winding heads 15 of the stator 1 1 should be reduced by one or more plastic body 16 as much as possible. The plastic body is mounted on the corresponding winding head 15 and surrounds this to complete displacement of the ferrofluid.
Zudem werden durch Nutkeile 30 die auftretenden Streuverluste im Nutschlitzbereich des Stators 1 1 verringert. Figur 3 zeigt eine Detailaufnahme eines Querschnitts durch das Statorpaket 1 mit Wickelraum 17. Im Bereich des Nutschlitzes ist ein Nutkeil 30 vorgesehen, der das Ferrofluid im Nutschlitz verdrängt, um einen magnetischen In addition, by slot wedges 30, the scattering losses occurring in the slot slot region of the stator 1 1 are reduced. FIG. 3 shows a detailed view of a cross section through the stator pack 1 with winding space 17. In the region of the slot slot, a slot wedge 30 is provided, which displaces the ferrofluid in the slot slot to form a magnetic slot
Kurzschluß zwischen den Statorzähnen zu unterbinden. Short circuit between the stator teeth to prevent.
Figur 2 zeigt einen Querschnitt durch das Rotorpaket 12. Die Zeichnung stellt schematisch eine einzelne Flusssperre einer Rotorschicht 41 dar. Die ansonsten luftgefüllte Ausnehmung 40 der Rotorschicht 41 ist vollständig mit einem kunststoffartigen Material ausgefüllt bzw. ausgeschäumt, um einem möglichen Fiuideintritt vorzubeugen. FIG. 2 shows a cross section through the rotor core 12. The drawing schematically illustrates a single flow barrier of a rotor layer 41. The otherwise air-filled recess 40 of the rotor layer 41 is completely filled or foamed with a plastic-like material in order to prevent possible entry of the fluid.
Zusätzlich oder alternativ kann der vollständige Rotorkörper 12, wie in Figur 1 angedeutet, gekapselt ausgeführt sein. Beispielsweise ist die Rotoroberfläche vollständig mit einem geeigneten Material 50 beschichtet, um den Rotorkörper vor Flüssigkeitseintritt zu schützen. Additionally or alternatively, the complete rotor body 12, as indicated in Figure 1, be executed encapsulated. For example, the rotor surface is completely coated with a suitable material 50 to protect the rotor body from liquid ingress.

Claims

Patentansprüche Synchron-Reluktanzmotor und Unterwasserpumpe Synchronous reluctance motor and underwater pump
1. Synchron-Reluktanzmotor zum Antrieb einer Unterwasserpumpe mit einem Stator und einem Rotor, der einen Flusssperrenschnitt zur Ausprägung ein oder mehrerer magnetischer Polpaare umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass der Luftspalt zwischen Rotor (12) und Stator (1 1) zumindest teilweise mit einem Ferrofluid (20) gefüllt ist. 1. Synchronous reluctance motor for driving an underwater pump with a stator and a rotor, which comprises a flow barrier cut for the expression of one or more magnetic pole pairs, characterized in that the air gap between the rotor (12) and stator (1 1) at least partially with a ferrofluid (20) is filled.
2. Synchron-Reluktanzmotor nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Ferrofluid (20) eine Trägerflüssigkeit umfasst, die ein oder mehrere auf Magnetismus ansprechende Komponenten aufweist. 2. Synchronous reluctance motor according to claim 1, characterized in that the ferrofluid (20) comprises a carrier liquid having one or more responsive to magnetism components.
3. Synchron-Reluktanzmotor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Teil der magnetischen Komponenten Partikel sind, die in der Trägerflüssigkeit kolloidal suspendiert sind. 3. Synchronous reluctance motor according to claim 2, characterized in that at least a part of the magnetic components are particles which are colloidally suspended in the carrier liquid.
4. Synchron-Motor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Partikelgröße im Nanobereich, vorzugsweise zwischen 1 und 0nm, insbesondere im Bereich zwischen 5 und 10nm liegt. 4. synchronous motor according to claim 3, characterized in that the particle size in the nano range, preferably between 1 and 0nm, in particular in the range between 5 and 10nm.
5. Synchron-Reluktanzmotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Viskosität des Ferrofluids (20) im Bereich von ca. 5. Synchronous reluctance motor according to one of the preceding claims, characterized in that the viscosity of the ferrofluid (20) in the range of about
1 mPa s bei 20°C liegt. Synchron-Reluktanzmotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel zur Verringerung der Stirnstreuungen im Bereich des Statorwickelkopfes (15) vorgesehen sind. 1 mPa s at 20 ° C. Synchronous reluctance motor according to one of the preceding claims, characterized in that means for reducing the Stirnstreuungen in the region of the Statorwickelkopfes (15) are provided.
Synchron-Reluktanzmotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel, insbesondere wenigstens ein Nutkeil (30), zur Verringerung der Nutstreuung des Stators (12) vorgesehen sind. Synchronous reluctance motor according to one of the preceding claims, characterized in that means, in particular at least one slot wedge (30), are provided for reducing the slot spread of the stator (12).
Synchron-Reluktanzmotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Kapselung des Rotors (11) vorgesehen ist. Synchronous reluctance motor according to one of the preceding claims, characterized in that an encapsulation of the rotor (11) is provided.
Synchron-Reluktanzmotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein oder mehrere Rotorflusssperren (40) abgedichtet und/oder gefüllt sind. Synchronous reluctance motor according to one of the preceding claims, characterized in that one or more rotor flux barriers (40) are sealed and / or filled.
10. Unterwasserpumpe mit einem die Pumpe antreibenden Synchron-Reluktanzmotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche. 10. Underwater pump with a pump driving synchronous reluctance motor according to one of the preceding claims.
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