NO304089B1

NO304089B1 - Electric motor

Info

Publication number: NO304089B1
Application number: NO915061A
Authority: NO
Inventors: Anton Herrmann
Original assignee: Loher Ag
Priority date: 1991-01-04
Filing date: 1991-12-20
Publication date: 1998-10-19
Also published as: EP0493704B1; NO915061L; EP0493704A1; DE59105116D1; DE4100135C1; NO915061D0

Description

Foreliggende oppfinnelse angår en elektrisk motor med et motorhus, i hvilket befinner seg et motorfyllmedium, som omgir motoren, og et trykkhus som omgir motorhuset, i hvilket trykkhus befinner seg et husfyllmedium. The present invention relates to an electric motor with a motor housing, in which there is a motor filling medium, which surrounds the motor, and a pressure housing that surrounds the motor housing, in which pressure housing there is a housing filling medium.

For drivanlegg under vann, spesielt ved store vanndybder, befinner den elektriske drivinnretningen seg, altså den elektriske motoren, sammen med maskinen som skal drives, anordnet i et vanntett kapslet hus. Dette vanntette, kapslede huset er utført slik at det også kan tåle trykket ved store vanndybder. Det vanntette, kapslede huset (trykkhuset) kan, i avhengighet av drivkonseptet, være fylt med et gassformet eller flytende medium. Dette fyllmediumet (husfyllmediumet) omgir motoren, som er fylt med vann eller olje. Via en på motoren anordnet trykkutjevningsinnretning blir trykket til motorfyllmediumet satt til trykknivået til husfyllmediumet som omgir motoren. Det i motorfyllmediumet herskende trykk er altså tilnærmet like stort som trykket som hersker i husfyllmediumet. For underwater drive systems, especially at great water depths, the electric drive device, i.e. the electric motor, together with the machine to be driven, is arranged in a watertight encapsulated housing. This waterproof, encapsulated housing is designed so that it can also withstand the pressure at great water depths. The watertight, encapsulated housing (pressure housing) can, depending on the drive concept, be filled with a gaseous or liquid medium. This filling medium (housing filling medium) surrounds the engine, which is filled with water or oil. Via a pressure equalization device arranged on the engine, the pressure of the engine filling medium is set to the pressure level of the housing filling medium that surrounds the engine. The pressure prevailing in the engine filling medium is thus approximately as great as the pressure prevailing in the housing filling medium.

En elektrisk motor av den innledningsvis nevnte art er kjent fra EP 0 297 274. An electric motor of the type mentioned at the outset is known from EP 0 297 274.

En vesentlig ulempe ved den kjente motoren er at motor-tapvarmen ikke kan føres tilstrekkelig bort via fyllmediumet som omgir motoren. A significant disadvantage of the known motor is that the motor loss heat cannot be carried away sufficiently via the filling medium that surrounds the motor.

Fra EP 0 280 660 er kjent en elektrisk motor som har et motorhus, i hvilket det er anordnet en stator og en rotor. I motorhuset befinner seg et motorfyllmedium. På de indre veggene til motorhuset er anordnet flere aksialt forløpende kjølekanaler. Det er imidlertid ikke anordnet noe trykkhus som omgir motorhuset. Akselen som bærer rotoren er utført som en hulaksel, som er åpen på den ene siden. I hulakselen er anordnet hull. Motorfyllmediumet strømmer gjennom hulakselen fra den indre enden i aksial retning mot hullene. Motorfyllmediumet strømmer så gjennom kjølekanalene i omvendt retning. Fra DE-PS 720 551 er kjent en vanntett kapslet elektrisk maskin, i hvilken det er anordnet vannkjølekanaler, som omgir maskinhuset og som er dannet av en kjølemantel, som omslutter kjølekanalene på alle sider. Kjølemantelen danner rett nok ikke noen del av den vanntette kapsl ingen til den elektriske maskinen eller maskinhuset. Vannkjølekanalene er ikke anordnet på de indre veggene til trykkhuset, men utenfor trykkhuset. From EP 0 280 660 an electric motor is known which has a motor housing, in which a stator and a rotor are arranged. An engine filling medium is located in the engine housing. Several axially running cooling channels are arranged on the inner walls of the engine housing. However, no pressure housing has been arranged surrounding the engine housing. The shaft that carries the rotor is designed as a hollow shaft, which is open on one side. Holes are provided in the hollow shaft. The engine filling medium flows through the hollow shaft from the inner end in an axial direction towards the holes. The engine filling medium then flows through the cooling channels in the reverse direction. From DE-PS 720 551 a watertight encapsulated electric machine is known, in which water cooling channels are arranged, which surround the machine housing and which are formed by a cooling jacket, which encloses the cooling channels on all sides. The cooling jacket does not form any part of the watertight enclosure for the electrical machine or the machine housing. The water cooling ducts are not arranged on the inner walls of the pressure housing, but outside the pressure housing.

DE 82 04 396-U1 beskriver en elektromotorisk drivinnretning bestående av en motor og en tett omhylling som omhyller motoren. I motoren, og da ved eller i statoren, er anordnet en varmeveksler, som består av et kanalsystem. Det er imidlertid ikke anordnet noe trykkhus som omgir motorhuset. DE 82 04 396-U1 describes an electromotive drive device consisting of a motor and a tight casing which encloses the motor. In the motor, and then at or in the stator, a heat exchanger is arranged, which consists of a duct system. However, no pressure housing has been arranged surrounding the engine housing.

Fra DE-OS 16 13 014 er kjent en kapslet elektrisk motor med en væskekjøling, ved hvilken statoren, som tjener som hus, har skrueformede kanaler, som opptar kjølevæsken. Kanalene er utformet som minst to gjengede, av en med huset tett forbundet hylse overdekkende gjengespor. Heller ikke her er det anordnet noe trykkhus som omgir motorhuset. From DE-OS 16 13 014 a encapsulated electric motor with a liquid cooling is known, in which the stator, which serves as a housing, has helical channels which receive the cooling liquid. The channels are designed as at least two threaded, covered thread grooves of a sleeve tightly connected to the housing. Here too, there is no pressure housing that surrounds the engine housing.

US 28 62 120 viser en elektrisk motor med et dobbeltvegget, vaeskekjølt hus, hvor den indre mantelen ligger eksentrisk i den ytre mantelen. Den indre mantelen fastholdes ved hjelp av aksiale ledeblikk, som ombøyer kjølevannstrømmen i sin bane om huset flere ganger fra den ene frontsiden til den andre. I de av blikkene dannede aksiale kanaler er dessuten anordnede i omkretsretningen liggende ledeblikk, som igjen ombøyer flere ganger den aksiale strømmen. US 28 62 120 shows an electric motor with a double-walled, liquid-cooled housing, where the inner jacket lies eccentrically in the outer jacket. The inner casing is held in place by means of axial guide points, which deflect the cooling water flow in its path around the housing several times from one front side to the other. In the axial channels formed by the sheets, there are also guide sheets arranged in the circumferential direction, which again bend the axial flow several times.

Foreliggende oppfinnelse har til oppgave å tilveiebringe en elektrisk motor av den innledningsvis nevnte art ved hvilken tapsvarmen kan bli tilstrekkelig bortført. Det skal spesielt sikres at i de ovenfor beskrevne anlegg bortføres varmetapene slik at motoren ikke blir for varm. The purpose of the present invention is to provide an electric motor of the kind mentioned at the outset, by which the heat loss can be sufficiently carried away. In particular, it must be ensured that in the above-described facilities the heat losses are carried away so that the engine does not get too hot.

Ifølge oppfinnelsen blir denne oppgaven løst ved kombi-nasjonen angitt i karakteristikken til krav 1. På den indre veggen til trykkhuset er anordnet en varmeveksler bestående av minst en kjølekanal, hvilken varmeveksler gjennomstrømmes av motorfyllmediumet som kjølemiddel. Kjølemediumet ledes aksialt gjennom motoren. Tapsvarmen som oppstår kan bli tilført trykkhusveggen via varmeveksleren og derfra overført til mediumet som omgir trykkhuset. According to the invention, this task is solved by the combination stated in the characteristic of claim 1. On the inner wall of the pressure housing is arranged a heat exchanger consisting of at least one cooling channel, through which the engine filling medium flows as coolant. The coolant is guided axially through the motor. The heat loss that occurs can be supplied to the pressure chamber wall via the heat exchanger and from there transferred to the medium that surrounds the pressure chamber.

Ytterligere fordelaktige utførelsesformer fremgår av underkravene. Further advantageous embodiments appear from the subclaims.

Fortrinnsvis forløper kjølekanalene spiralformet over trykkhusets lengde. Preferably, the cooling channels run spirally over the length of the pressure housing.

En ytterligere fordelaktig utførelsesform er kjennetegnet ved at kjølemediumet ledes gjennom statorsporet og/eller motorspalten og/eller gjennom kanaler i tennene og/eller ryggen på blikkpakkene aksialt gjennom motoren. A further advantageous embodiment is characterized by the fact that the cooling medium is led through the stator slot and/or the motor gap and/or through channels in the teeth and/or the back of the tin packs axially through the motor.

Kjølemiddelinnløpsåpningen på den ene siden og kjølemiddel-utløpsåpningen på den andre siden kan befinne seg på motoren på motstående motorsider (AS og BS). The coolant inlet opening on one side and the coolant outlet opening on the other side can be located on the engine on opposite engine sides (AS and BS).

Kjølemiddelstrømmen kan frembringes av selve motoren eller ved hjelp av en kjølekretspumpe. Dersom motoren fungerer selv som kjølemiddelpumpe kan dette tilveiebringes ved hjelp av et rørehjul anbrakt på motorakselen. Istedenfor dette i tillegg kan motorakselen for ved tilveiebringelse av kjølemiddel-strømmen være utformet som en hulaksel, som på ene siden har aksial kjølemiddelinnløpsåpning og på den andre siden en radialt utformet kjølemiddelutløpsåpning. Hulakselen er dermed utformet som en sentrifugalpumpe. The coolant flow can be produced by the engine itself or by means of a cooling circuit pump. If the motor itself functions as a coolant pump, this can be provided with the help of a stirring wheel placed on the motor shaft. Instead of this, in addition, the motor shaft for providing the coolant flow can be designed as a hollow shaft, which on one side has an axial coolant inlet opening and on the other side a radially designed coolant outlet opening. The hollow shaft is thus designed as a centrifugal pump.

Ved vertikal motoranordning blir kjølemiddelsirkulasjonen understøttet av den naturlige konveksjonen når kjølemiddel- utløpet er anbrakt på motoren på den underliggende motorhusside. With a vertical engine arrangement, the coolant circulation is supported by the natural convection when the coolant outlet is placed on the engine on the underlying engine housing side.

Fortrinnsvis er varmevekslerne henholdsvis kjølekanalene og eventuelt tilførsels- og bortføringsledningen utformet tynnvegget. Dette muliggjøres ved at kjølemiddelet utlignes til trykket I trykkhuset (trykkapselhuset) via motormembranen. I kjølemediumet på ene siden og i husfyllmediumet på andre siden hersker altså tilnærmet samme trykk. Preferably, the heat exchangers, respectively the cooling channels and possibly the supply and removal lines are designed with thin walls. This is made possible by the coolant equalizing the pressure in the pressure housing (pressure capsule housing) via the motor diaphragm. In the cooling medium on one side and in the housing filling medium on the other side, approximately the same pressure prevails.

Ifølge foreliggende oppfinnelse er det mulig å holde det indre motortrykket upåvirket av kjølesystemet på trykknivået til mediumet som omgir motorhuset (husfyllmediumet). Motorhuskonstruksjonen og akselavtetningen til driv-lnnretningen forblir dermed uproblematisk. Kjølekonseptet kan være integrert i drivkonseptet slik at det ikke er nødvendig med noen betydelig ytterligere teknisk kompleksitet ved anordningen. According to the present invention, it is possible to keep the internal engine pressure unaffected by the cooling system at the pressure level of the medium that surrounds the engine housing (the housing filling medium). The motor housing construction and the shaft sealing of the drive direction thus remain unproblematic. The cooling concept can be integrated into the drive concept so that no significant additional technical complexity is required for the device.

Oppfinnelsen angår videre et transportaggregat bestående av en motor ifølge oppfinnelsen og en maskin som skal drives, fortrinnsvis en pumpe. En fordelaktig videreutførelse av en slik transportanordning er kjennetegnet ved at motoren og maskinen som skal drives er anbrakt i et vanntett kapslet hus. The invention further relates to a transport unit consisting of a motor according to the invention and a machine to be driven, preferably a pump. An advantageous further embodiment of such a transport device is characterized by the fact that the motor and the machine to be operated are located in a watertight encapsulated housing.

I det påfølgende skal et utførelseseksempel av oppfinnelsen beskrives med henvisning til tegningen, hvor: In what follows, an embodiment of the invention will be described with reference to the drawing, where:

Fig. 1 viser en motor i lengdesnitt. Fig. 1 shows a motor in longitudinal section.

Fig. 2 viser et deltverrsnitt gjennom motoren vist på fig. 1. Fig. 2 shows a partial cross-section through the engine shown in fig. 1.

Den på fig. 1 vist motor 10 består av et motorhus 2, i hvilket det befinner seg et motorfyllmedium 6 som omgir den elektriske motoren 11 og et trykkhus 1 som omgir motorhuset 2, idet det i trykkhuset 1 befinner seg et husfyllmedium. Via en trykkutligningsinnretning 7 anordnet på den elektriske motoren 11 blir trykket til motorfyllmediumet 6 satt til trykknivået til husfyllmediumet 5, som omgir den elektriske motoren 11. På de indre veggene til trykkhuset 1, som omgir den elektriske motoren 11, er anbrakt en varmeveksler, som har en kjølekanal 3 som forløper spiralformet over lengden til det sylinderformede trykkhuset 1. Ved det viste eksem-pelet er det syv spiralviklinger. På den som kjølemedium for gjennomstrømming av varmeveksleren 3 tjener motorfyllmediumet 6. Kjølemediumet ledes fra den elektriske motoren 11 via en tilførselsledning 8 inn i den spiralformede kjølekanalen 3 og tilføres ved den andre enden til den spiralformede kjøle-kanalen 3 via en bortledning 8 tilbake til den elektriske motoren 11. Varmeavgivelsen foregår i kjølekanalen 3, idet varmeledningen foregår gjennom trykkhusveggen 1 og varme-overgang fra trykkhusveggen 1 til mediumet som omgir trykkhuset 1. Kjølemiddelinnførings- og utføringsåpningene 8 på motoren befinner seg på respektive motstående motorsiden AS og BS. The one in fig. 1, the motor 10 shown consists of a motor housing 2, in which there is a motor filling medium 6 that surrounds the electric motor 11 and a pressure housing 1 that surrounds the motor housing 2, as the pressure housing 1 contains a housing filling medium. Via a pressure equalization device 7 arranged on the electric motor 11, the pressure of the motor filling medium 6 is set to the pressure level of the housing filling medium 5, which surrounds the electric motor 11. On the inner walls of the pressure housing 1, which surrounds the electric motor 11, a heat exchanger is placed, which has a cooling channel 3 which runs spirally over the length of the cylindrical pressure housing 1. In the example shown, there are seven spiral windings. The engine filling medium 6 serves as a cooling medium for flow through the heat exchanger 3. The cooling medium is led from the electric motor 11 via a supply line 8 into the spiral cooling channel 3 and is supplied at the other end to the spiral cooling channel 3 via a discharge line 8 back to the electric motor 11. The heat release takes place in the cooling channel 3, as the heat conduction takes place through the pressure housing wall 1 and heat transfer from the pressure housing wall 1 to the medium that surrounds the pressure housing 1. The coolant inlet and outlet openings 8 on the motor are located on the respective opposite motor sides AS and BS.

Som det fremgår av fig. 2 strømmer kjølemiddelstrømmen over stedet hvor varmen oppstår, idet den ledes gjennom statorsporet a, motorspalten b og gjennom kanalene i tennene c og i ryggen d til blikkpakken aksialt gjennom den elektriske motoren 11. As can be seen from fig. 2, the coolant flow flows over the place where the heat is generated, as it is led through the stator slot a, the motor gap b and through the channels in the teeth c and in the back d to the tin pack axially through the electric motor 11.

Kjølemiddelstrømmen tilveiebringes av selve motoren eller av en kjølekretspumpe. Dersom motoren fungerer selv som pumpe kan dette tilveiebringes enten ved hjelp av et rørehjul anbrakt på akselen 9 eller (eller også i tillegg) ved hjelp av en hulaksel, som har på den ene siden en kjølemiddel-innløpsåpning og på den andre siden en radialt utført kjølemiddelutløpsåpning og dermed er utformet som en sentrifugalpumpe. The coolant flow is provided by the engine itself or by a cooling circuit pump. If the motor itself functions as a pump, this can be provided either by means of a stirring wheel placed on the shaft 9 or (or also additionally) by means of a hollow shaft, which has on one side a coolant inlet opening and on the other side a radially designed coolant outlet opening and thus is designed as a centrifugal pump.

Ved vertikal motoranordning blir kjølemiddelsirkulasjonen understøttet av naturlig konveksjon når kjølemiddelutløpet er anbrakt på motoren ved den nedre liggende motorhusside. In the case of a vertical engine arrangement, the coolant circulation is supported by natural convection when the coolant outlet is placed on the engine at the lower side of the engine housing.

Kjølekanalen 3 såvel som tilførsels- og bortføringsledningen 8 kan være tynnvegget da kjølemiddelet utlignes til trykket i trykkapselhuset via motormembranen. The cooling channel 3 as well as the supply and removal line 8 can be thin-walled as the coolant is equalized to the pressure in the pressure capsule housing via the motor diaphragm.

Claims

1. Electric motor with a motor housing (2), in which there is a motor filling medium (6), which surrounds the motor (11), and a pressure housing (1), which surrounds the motor housing (2), in which pressure housing (1) there is a housing filling medium (5), characterized in that a heat exchanger consisting of at least one cooling channel (3) is arranged on the inner wall of the pressure housing (1), through which cooling medium flows in the form of the engine filling medium (6), and that the cooling medium is led axially through the engine (11).

2. Engine according to claim 1, characterized in that the cooling channel (3) extends spirally over the length of the pressure housing (1).

3. Motor according to claim 1 or 2, characterized in that the coolant is guided axially through the motor (11) through the stator slot (a) and/or the motor gap (b) and/or the channels (c, d) in the teeth and/or the back of the tin pack.

4. Motor according to one of the preceding claims, characterized in that cooling medium inlet and outlet openings (8) are arranged on the motor on opposite motor sides (AS, BS).

5. Engine according to one of the preceding claims, characterized in that the coolant flow is provided by a cooling circuit pump.

6. Engine according to one of the preceding claims, characterized in that the coolant flow is provided by the engine itself.

7. Motor according to claim 6, characterized in that the coolant flow is provided by a stirring wheel placed on the motor shaft (9).

8. Motor according to claim 6 or 7, characterized in that the motor shaft is designed as a hollow shaft for providing the coolant flow, which hollow shaft has on one side an axial coolant inlet opening and on the other side a radially designed coolant outlet opening.

9. Engine according to one of the preceding claims, characterized in that the coolant outlet is arranged by a vertical engine arrangement on the lower side of the engine housing.

10. Engine according to one of the preceding claims, characterized in that the heat exchanger or the cooling channel (3) and possibly the supply and removal line (8) are thin-walled.