WO2012022500A1 - Electrical machine with oil encapsulation around an active part - Google Patents

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WO2012022500A1
WO2012022500A1 PCT/EP2011/057605 EP2011057605W WO2012022500A1 WO 2012022500 A1 WO2012022500 A1 WO 2012022500A1 EP 2011057605 W EP2011057605 W EP 2011057605W WO 2012022500 A1 WO2012022500 A1 WO 2012022500A1
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WO
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active part
encapsulation
electrical machine
machine according
oil
Prior art date
Application number
PCT/EP2011/057605
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Inventor
Andreas JÖCKEL
Günther Winkler
Original Assignee
Siemens Aktiengesellschaft
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    • 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
    • H02K5/136—Casings or enclosures characterised by the shape, form or construction thereof specially adapted for operating in liquid or gas explosion-proof
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K9/00—Arrangements for cooling or ventilating
    • H02K9/19—Arrangements for cooling or ventilating for machines with closed casing and closed-circuit cooling using a liquid cooling medium, e.g. oil
    • H02K9/197—Arrangements for cooling or ventilating for machines with closed casing and closed-circuit cooling using a liquid cooling medium, e.g. oil in which the rotor or stator space is fluid-tight, e.g. to provide for different cooling media for rotor and stator
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    • 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
    • H02K5/128—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 an electrical machine with a first active part, which is equipped with permanent magnets, and a second active part, which is magnetically coupled to drive the first active part with this.
  • electrical machines in particular motors and generators
  • flashovers or sparking may occur.
  • flashovers can be caused by too high voltages or else by too little insulation or damaged insulation as well as by soiling.
  • the sparks can occur, for example, by grinding the rotor on the stand (grinding) if the bearing clearance is too great.
  • protection geNorm ⁇ te There are several types of protection geNorm ⁇ te or classes.
  • the protection class “Ex d” is available for switchgear, control gear, motors, command and signaling devices as well as power electronics. This class of protection provides flameproof enclosure and ensures that an explosion can not be transmitted to the outside.
  • Such a machine and such an apparatus may, for example, in a atmos- phere be operated, which is at least partially enriched with oxyhydrogen gas.
  • the Ex d protection flameproof is particularly characterized in that all parts, which can ignite flammable mixtures, are included in a zünd orschlagêtberichtes Genosu ⁇ se. An explosion inside the enclosure It does not strike outward. Certain stainlessntemperatu ⁇ ren are not exceeded on the outer parts of the flameproof enclosure. This is achieved slightest ⁇ tet inter alia by the fact that the encapsulation may have only defined ignition gaps. In Figure 1, such encapsulation 1 is shown.
  • Ex o protection class
  • transformers, relays, starter controllers and switchgear The encapsulation protects the explosive atmosphere from the ignition source.
  • EN 60079-6 and IEC 60079-6 The relevant European or international standards are: EN 60079-6 and IEC 60079-6
  • the types of protection Ex e, Ex 1 are:
  • Ex d electric motors are only available in the Ex d, Ex e, Ex p and Ex n types of protection. While Ex e and Ex n are not very high-quality and require reduced machine utilization, high-performance drives can only be operated in Ex d or Ex p. Ex p needs a complex flushing device with inert gas, which must be monitored during operation. Ex d requires a special construction with solid housing and a detailed design and ensuring the ignition gaps. In addition, this principle requires a massive construction, which leads to very heavy engines. This leads in particular to disadvantages in platform and marine applications.
  • the object of the present invention is therefore, even with larger machines a high ignition protection class to it ⁇ rich.
  • an electrical ⁇ specific machine with a first active part, which is equipped with permanent magnets, and a second active portion, which for
  • the first active part is magnetically coupled thereto, wherein the second active part is encapsulated in an encapsulation oil-tight, the encapsulation is filled with an oil and the first active part is located outside the enclosure.
  • one of the two active parts of the electric machine is excited purely by permanent magnets, so ⁇ that it can not easily come to electrical flashovers on this active part.
  • the second active part which is electrically excited, is surrounded by an oil encapsulation.
  • the first active part is a rotor and the two ⁇ th active part is a stand. If the runner, the permanent magnets ⁇ te bears, it is sufficient for a high ignition protection, only to encapsulate the electrically excited stator. Thus, it is not necessary to provide a spark gap, for example, according to the degree of protection Ex d at the shaft entry.
  • the first active part can also be a secondary part and the second active part can be a primary part of a linear motor. Again, it is sufficient to encapsulate the electrically excited primary part and provide the secondary part, which is equipped with permanent magnets, without encapsulation. It when the electrical machine is designed so that it he fills ⁇ the European standard EN 60079-6 is particularly favorable. This can be more easily achieved by encapsulating only the affected active part according to the present invention.
  • the oil in the enclosure may be a transformer oil. This transformer oil is characterized by a very good cooling effect.
  • the enclosure is in fluid communication with a cooling device. This results in a circulation of the oil from the enclosure into the cooling device, so that the oil can be cooled very effectively.
  • the electric machine may comprise a housing, wherein the cooling device is arranged outside of the housing.
  • the cooling device is arranged outside of the housing.
  • the encapsulation may also be surrounded by a water cooling device.
  • a water cooling device The heat loss of the encapsulated Aktivteils is dissipated by the oil only by means of heat conduction to the water cooling device, which then transports the heat by means of cooling water. This has advantages in order ⁇ environments where water cooling is easier to achieve such. B. on rivers or in the sea.
  • the encapsulation is at least partially made from a composite fiber material ⁇ forth.
  • the fiber composite usually ensures a very high strength.
  • the encapsulation may comprise a tube made of the fiber composite material, which rests against the inner jacket of the stator of the electric machine. As a result, it is possible to reliably realize a separation between stator space and rotor space for the encapsulation.
  • FIG. 1 shows an encapsulation with a spark gap according to the prior art
  • FIG 2 shows an electric machine with oil-enclosed stand according to the present invention.
  • the embodiments described in more detail below represent preferred embodiments of the present invention.
  • an electric motor or a generator is shown in section. It has a cylindrical rotor 4 which is rotatably mounted on a shaft 5 in a housing 6.
  • the rotor is permanent magnet excited and therefore has on its outer jacket corresponding permanent magnets 7.
  • the Läu ⁇ fer 4 also has here axially extending cooling holes 8, flows through the cooling air, which is driven by an inner Ventila ⁇ tor 9.
  • the cylindrical rotor 4 is surrounded by a hollow cylindrical stator 10, which has end windings 11 on its end faces. On the right winding heads 11 in FIG 2 and circuits 12 of the winding connections are indicated.
  • the stator 10 is encapsulated with respect to its surroundings.
  • the encapsulation is formed on the inside of the stator 10 by a tube 13, which is preferably made of a fiber composite ⁇ material.
  • the tube 13 is on the one hand very stable and light and on the other hand, this material not electrically conductive, so that eddy currents in the tube 13 can be avoided.
  • the outside of the stand is surrounded by a likewise cylindrical housing part 14, which extends axially as the tube 13 on the winding heads 11 addition.
  • the tube 13, the stator 10 and the housing portion 14 are thus arranged concentrically with each other to form the Sta ⁇ torkapselung, wherein the stator 10 is located in the middle.
  • the encapsulation is formed by annular housing sections 15 and 16.
  • the components 13, 14, 15 and 16 form the closed Kapse ⁇ ment, in which the stator 10 is located.
  • the remaining space in the enclosure, which is not filled by the stator 10, in particular in the region of the winding heads 11, is filled with an oil 17. This is preferably a transformer oil.
  • the oil serves to dissipate heat from the stator 10 and in particular from the end windings 11.
  • the encapsulation can form a firmly closed space, so that heat loss from the stator 10 can be conducted to the housing section 14 only by heat conduction to the outside.
  • the encapsulation may also be in fluid communication with a cooling device, ie the oil 17 is conducted via corresponding lines to a cooling device (not shown in FIG. 2) and cooled there.
  • a cooling device not shown in FIG. 2
  • the cylindrical housing portion 14 constitutes a part ei ⁇ nes double-walled housing is. Concentrically to the housing section 14 is in fact a housing outer wall 18 is arranged so that between the housing portion 14 and the outer wall 18 results in a gap 19.
  • the gap 19 may, however, a cooling water used for cooling an air- ⁇ , preferably.
  • An essential idea of the present invention is that a so-called cold runner is used. This is realized in that the rotor is excited by permanent magnets 7 ⁇ and not with a current. The rotor 4 thus does not have its own windings and thus generally also lower temperatures than electrically excited components.
  • the rotor 4 is therefore a purely mechanical component which does not represent any electrical equipment and which can thus be arranged outside the explosion-protected area.
  • the electrically active part here the stator 10 or its winding is suit ⁇ encapsulated with a tube made of fiber composite material or sealed off.
  • the stator can be achieved.
  • the gap ⁇ pipe is sealed, for example by means of an O-ring, which is arranged at the point 20, relative to the housing or the ring 16.
  • the Zündspaltproblematik at the shaft passage of the shaft 5 through the housing 6 completely um ⁇ gone by namely the permanent magnet excited rotor 4 is removed from the protected area Ex.
  • the stator 10 of the electrical machine with respect to protection to a Trans ⁇ formator.
  • An advantage of the construction of an electrical machine according to the present invention is that no movable, but only static seal are necessary.
  • the electric machine is very quiet with water jacket cooling or direct oil cooling.
  • a very high torque utilization is possible, in particular for machines with internal cooling, i. modular laminations with radial cooling slots (powers of more than 10 MW at a speed of 1500 rpm).
  • Zündproblematik is also no rotational sealing gap or ignition gap to observe. Furthermore, the bearing radial clearance is not in the ignition gap, so that even very large motors (also segmented) are possible, which comply with the type of protection Ex o.
  • machines in Ex-types of protection can be realized, which were previously not possible in Ex d due to Zündspalttoleranzen and grinding problems. This is especially true for machines with plain bearings.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Motor Or Generator Cooling System (AREA)
  • Motor Or Generator Frames (AREA)

Abstract

The aim of the invention is to equip moving electrical machines with a simple, improved ignition protection means. Therefore, an electrical machine having a first active part (4), which is fitted with permanent magnets (7), and a second active part (10), which is magnetically coupled to the first active part (4) in order to drive said first active part, is provided. The second active part (10) is encapsulated in an oil-tight manner in an encapsulation (13, 14, 15, 16). The encapsulation is filled with an oil (17). The first active part (4) is located outside the encapsulation (13, 14, 15, 16). Therefore, only the electrically excited active part (10) (for example the stator) is encapsulated, while the active part (4) with permanent-magnet excitation does not have to be encapsulated.

Description

Beschreibung description
Elektrische Maschine mit Olkapselung um ein Aktivteil Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektrische Maschine mit einem ersten Aktivteil, das mit Permanentmagneten bestückt ist, und einem zweiten Aktivteil, das zum Antrieb des ersten Aktivteils mit diesem magnetisch gekoppelt ist. Bei elektrischen Maschinen, insbesondere bei Motoren und Generatoren besteht grundsätzlich die Gefahr, dass es zu Überschlägen bzw. Funkenbildung kommen kann. Diese Überschläge können durch zu hohen Spannungen oder aber auch durch zu geringer Isolation bzw. beschädigter Isolation sowie durch Ver- schmutzungen entstehen. Die Funken können beispielsweise durch Schleifen des Läufers am Ständer (Anschleifen) entstehen, wenn das Lagerspiel zu groß ist. The present invention relates to an electrical machine with a first active part, which is equipped with permanent magnets, and a second active part, which is magnetically coupled to drive the first active part with this. In the case of electrical machines, in particular motors and generators, there is always the danger that flashovers or sparking may occur. These flashovers can be caused by too high voltages or else by too little insulation or damaged insulation as well as by soiling. The sparks can occur, for example, by grinding the rotor on the stand (grinding) if the bearing clearance is too great.
Wenn elektrische Maschinen in explosionsgefährdeter Atmosphä- re betrieben werden, müssen Sie eine angepasste Zündschutzart aufweisen, damit sie in Betrieb oder in Störung diese Atmo¬ sphäre nicht zum Zünden bringen. Dazu gibt es mehrere genorm¬ te Zündschutzarten bzw. Klassen. So gibt es beispielsweise für Schaltgeräte, Steuerungen, Motoren, Befehls- und Meldege- räte sowie Leistungselektronik die Schutzklasse „Ex d" . In dieser Schutzklasse ist eine druckfeste Kapselung vorgesehen und es ist damit gewährleistet, dass eine Explosion nicht nach außen übertragen werden kann. Eine derartige Maschine bzw. ein derartiges Gerät kann beispielsweise in einer Atmo- sphäre betrieben werden, die zumindest teilweise mit Knallgas angereichert ist. Diese Schutzart „Ex d" ist in der europäi¬ schen Norm EN 60079-1 bzw. der internationalen Norm IEC When electrical equipment be operated in explosive atmos- re, you must have a customized protection, so they do not cause them to explode in operation or failure this atmo ¬ sphere. There are several types of protection geNorm ¬ te or classes. For example, the protection class "Ex d" is available for switchgear, control gear, motors, command and signaling devices as well as power electronics.This class of protection provides flameproof enclosure and ensures that an explosion can not be transmitted to the outside. such a machine and such an apparatus may, for example, in a atmos- phere be operated, which is at least partially enriched with oxyhydrogen gas. This type of protection "Ex d" in the European of ¬ standard EN 60079-1 and is the international standard IEC
60079-1 exakt definiert. Die Zündschutzart Ex d mit druckfester Kapselung zeichnet sich insbesondere dadurch aus, dass alle Teile, die brennbare Gemische zünden können, in ein zünddurchschlagsicheres Gehäu¬ se eingeschlossen sind. Eine Explosion im Inneren des Gehäu- ses schlägt nicht nach außen durch. An den Außenteilen der druckfesten Kapselung werden bestimmte Oberflächentemperatu¬ ren nicht überschritten. Dies wird u. a. dadurch gewährleis¬ tet, dass die Kapselung nur definierte Zündspalte aufweisen darf. In FIG 1 ist eine derartige Kapselung 1 dargestellt.60079-1 exactly defined. The Ex d protection flameproof is particularly characterized in that all parts, which can ignite flammable mixtures, are included in a zünddurchschlagsicheres Gehäu ¬ se. An explosion inside the enclosure It does not strike outward. Certain Oberflächentemperatu ¬ ren are not exceeded on the outer parts of the flameproof enclosure. This is achieved slightest ¬ tet inter alia by the fact that the encapsulation may have only defined ignition gaps. In Figure 1, such encapsulation 1 is shown.
Sie besitzt einen Zündspalt 2, der durch eine bestimmte Brei¬ te w und eine bestimmt Länge L definiert ist. Diese spezielle Dimensionierung gewährleistet, dass im Falle einer Explosion 3 im Inneren der Kapselung kein Funke nach außen treten kann, da in dem Zündspalt eine geeignete Abkühlung des Gases er¬ folgt . It has a Zündspalt 2, which is defined by a certain Prei ¬ te w and a certain length L. This special dimensioning ensures that in the event of an explosion 3 inside the enclosure no spark can escape to the outside, as in the ignition gap a suitable cooling of the gas he follows ¬ .
Weiterhin ist eine Schutzklasse „Ex o" definiert. Sie gilt für Transformatoren, Relais, Anlaufsteuerungen und Schaltge- räte . Durch eine Olkapselung wird die explosive Atmosphäre von der Zündquelle ferngehalten. Die entsprechenden europäischen bzw. internationalen Normen lauten: EN 60079-6 und IEC 60079-6. Des Weiteren sind speziell die Zündschutzarten Ex e, Ex 1,Furthermore, an "Ex o" protection class is defined, which applies to transformers, relays, starter controllers and switchgear.The encapsulation protects the explosive atmosphere from the ignition source.The relevant European or international standards are: EN 60079-6 and IEC 60079-6 Furthermore, the types of protection Ex e, Ex 1,
Ex p, Ex m, Ex q und Ex n definiert. Sie ergeben sich aus den jeweiligen Normen. Ex p, Ex m, Ex q and Ex n defined. They result from the respective standards.
Bislang gibt es Elektromotoren nur in den Zündschutzarten Ex d, Ex e, Ex p und Ex n. Während Ex e und Ex n nicht sehr hochwertig sind und eine reduzierte Ausnutzung der Maschine erfordern, lassen sich Hochleistungsantriebe nur in Ex d oder Ex p ausführen. Ex p braucht eine aufwendige Spülvorrichtung mit Inertgas, die während des Betriebs überwacht werden muss. Ex d erfordert eine Sonderkonstruktion mit massivem Gehäuse und einer detaillierten Auslegung und Sicherstellung der Zündspalte. Zusätzlich bedingt dieses Prinzip eine massive Konstruktion, was zu sehr schweren Motoren führt. Dies führt insbesondere zu Nachteilen bei Plattform- und Schiffsanwen- düngen. So far, electric motors are only available in the Ex d, Ex e, Ex p and Ex n types of protection. While Ex e and Ex n are not very high-quality and require reduced machine utilization, high-performance drives can only be operated in Ex d or Ex p. Ex p needs a complex flushing device with inert gas, which must be monitored during operation. Ex d requires a special construction with solid housing and a detailed design and ensuring the ignition gaps. In addition, this principle requires a massive construction, which leads to very heavy engines. This leads in particular to disadvantages in platform and marine applications.
Größere Motoren, insbesondere mit Gleitlager besitzen einen verhältnismäßig großen Lagerspalt. Daher ist die Gewährleis- tung eines Zündspalts gemäß der Zündschutzart Ex d am Wellen¬ durchtritt bei größeren Maschinen nahezu unmöglich. Larger motors, especially with plain bearings have a relatively large bearing gap. Therefore, the warranty tion of a spark gap according to the ignition protection Ex d at the shaft ¬ passage in larger machines almost impossible.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht somit darin, auch bei größeren Maschinen eine hohe Zündschutzklasse zu er¬ reichen . The object of the present invention is therefore, even with larger machines a high ignition protection class to it ¬ rich.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch eine elektri¬ sche Maschine mit einem ersten Aktivteil, das mit Permanent- magneten bestückt ist, und einem zweiten Aktivteil, das zumAccording to the invention this object is achieved by an electrical ¬ specific machine with a first active part, which is equipped with permanent magnets, and a second active portion, which for
Antrieb des ersten Aktivteils mit diesem magnetisch gekoppelt ist, wobei das zweite Aktivteil in einer Kapselung öldicht eingekapselt ist, die Kapselung mit einem Öl gefüllt ist und das erste Aktivteil sich außerhalb der Kapselung befindet. Drive the first active part is magnetically coupled thereto, wherein the second active part is encapsulated in an encapsulation oil-tight, the encapsulation is filled with an oil and the first active part is located outside the enclosure.
In vorteilhafter Weise ist eines der beiden Aktivteile der elektrischen Maschine rein durch Permanentmagnete erregt, so¬ dass es nicht ohne Weiteres zu elektrischen Überschlägen an diesem Aktivteil kommen kann. Das zweite Aktivteil, das elektrisch erregt ist, ist von einer Ölkapselung umgeben. Damit wird für das überschlagsgefährdete Aktivteil die Möglich¬ keit eröffnet, dieses in der Zündschutzart Ex o zu realisie¬ ren. Insgesamt kann so eine elektrische Maschine bereitge¬ stellt werden, bei der ein hoher Zündschutz mit einfachen Mitteln erreicht wird. Advantageously, one of the two active parts of the electric machine is excited purely by permanent magnets, so ¬ that it can not easily come to electrical flashovers on this active part. The second active part, which is electrically excited, is surrounded by an oil encapsulation. Thus, the possible ¬ ness opened for the threat of overturning active part, this type of protection Ex o realisie ¬ ren. Overall, it can be as an electric machine bereitge ¬ represents in which a high ignition protection is achieved by simple means.
Vorzugsweise ist das erste Aktivteil ein Läufer und das zwei¬ te Aktivteil ein Ständer. Wenn der Läufer die Permanentmagne¬ te trägt, reicht es für einen hohen Zündschutz, lediglich den elektrisch erregten Ständer zu kapseln. Damit ist es nicht notwendig, am Welleneintritt einen Zündspalt beispielsweise gemäß der Schutzart Ex d vorzusehen. Preferably, the first active part is a rotor and the two ¬ th active part is a stand. If the runner, the permanent magnets ¬ te bears, it is sufficient for a high ignition protection, only to encapsulate the electrically excited stator. Thus, it is not necessary to provide a spark gap, for example, according to the degree of protection Ex d at the shaft entry.
Das erste Aktivteil kann aber auch ein Sekundärteil und das zweite Aktivteil ein Primärteil eines Linearmotors sein. Auch hier reicht es, das elektrisch erregte Primärteil zu kapseln und das Sekundärteil, das mit Permanentmagneten bestückt ist, ohne Kapselung vorzusehen. Besonders günstig ist es, wenn die elektrische Maschine so ausgebildet ist, dass sie die europäische Norm EN 60079-6 er¬ füllt. Dies kann durch die Kapselung nur des betroffenen Aktivteils gemäß der vorliegenden Erfindung leichter erreicht werden. However, the first active part can also be a secondary part and the second active part can be a primary part of a linear motor. Again, it is sufficient to encapsulate the electrically excited primary part and provide the secondary part, which is equipped with permanent magnets, without encapsulation. It when the electrical machine is designed so that it he fills ¬ the European standard EN 60079-6 is particularly favorable. This can be more easily achieved by encapsulating only the affected active part according to the present invention.
Das Öl in der Kapselung kann ein Trafo-Öl sein. Dieses Trafo- Öl zeichnet sich durch eine ausgesprochen gute Kühlwirkung aus . The oil in the enclosure may be a transformer oil. This transformer oil is characterized by a very good cooling effect.
In einer Ausführungsform der elektrischen Maschine steht die Kapselung in Fluidverbindung mit einer Kühleinrichtung. Dadurch erfolgt eine Umwälzung des Öls von der Kapselung in die Kühleinrichtung, sodass das Öl sehr wirksam abgekühlt werden kann. In one embodiment of the electrical machine, the enclosure is in fluid communication with a cooling device. This results in a circulation of the oil from the enclosure into the cooling device, so that the oil can be cooled very effectively.
Speziell kann die elektrische Maschine ein Gehäuse aufweisen, wobei die Kühleinrichtung außerhalb des Gehäuses angeordnet ist. Dadurch kann eine kompakte elektrische Maschine unabhän- gig von einer Kühleinrichtung platziert werden, was insbesondere bei kleinen Einbauräumen von Vorteil ist. Specifically, the electric machine may comprise a housing, wherein the cooling device is arranged outside of the housing. As a result, a compact electric machine can be placed independently of a cooling device, which is advantageous, in particular in the case of small installation spaces.
Die Kapselung kann aber auch von einer Wasserkühleinrichtung umgeben sein. Damit wird die Verlustwärme des gekapselten Ak- tivteils durch das Öl lediglich mithilfe von Wärmeleitung zu der Wasserkühleinrichtung abgeführt, die dann die Wärme mittels Kühlwasser weitertransportiert. Dies hat Vorteile in Um¬ gebungen, bei denen eine Wasserkühlung leichter realisierbar ist, z. B. an Flüssen oder im Meer. The encapsulation may also be surrounded by a water cooling device. Thus, the heat loss of the encapsulated Aktivteils is dissipated by the oil only by means of heat conduction to the water cooling device, which then transports the heat by means of cooling water. This has advantages in order ¬ environments where water cooling is easier to achieve such. B. on rivers or in the sea.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist die Kapselung zumindest teilweise aus einem Faserverbundwerkstoff her¬ gestellt. Dadurch werden Wirbelströme in der Kapselung vermieden, die sich bei elektrisch leitenden Kapselungen In a particularly preferred embodiment, the encapsulation is at least partially made from a composite fiber material ¬ forth. As a result, eddy currents are avoided in the enclosure, resulting in electrically conductive enclosures
(z.B. aus Stahl) einstellen. Trotzdem gewährleistet der Faserverbundstoff in der Regel eine sehr hohe Festigkeit. Insbesondere kann die Kapselung ein Rohr aus dem Faserverbundwerkstoff aufweisen, die am Innenmantel des Ständers der elektrischen Maschine anliegt. Dadurch lässt sich auf zuverlässige Weise eine Trennung zwischen Ständerraum und Läufer- räum für die Kapselung realisieren. (eg made of steel). Nevertheless, the fiber composite usually ensures a very high strength. In particular, the encapsulation may comprise a tube made of the fiber composite material, which rests against the inner jacket of the stator of the electric machine. As a result, it is possible to reliably realize a separation between stator space and rotor space for the encapsulation.
Die vorliegende Erfindung wird anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert, in denen zeigen: FIG 1 eine Kapselung mit einem Zündspalt gemäß dem Stand der Technik und The present invention will be explained in more detail with reference to the accompanying drawings, in which: FIG. 1 shows an encapsulation with a spark gap according to the prior art; and FIG
FIG 2 eine elektrische Maschine mit ölgekapseltem Ständer gemäß der vorliegenden Erfindung. Die nachfolgend näher geschilderten Ausführungsbeispiele stellen bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung dar.  2 shows an electric machine with oil-enclosed stand according to the present invention. The embodiments described in more detail below represent preferred embodiments of the present invention.
In FIG 2 ist ein Elektromotor bzw. ein Generator im Schnitt dargestellt. Er besitzt einen zylinderförmigen Läufer 4, der auf einer Welle 5 drehbar in einem Gehäuse 6 gelagert ist. Der Läufer ist permanentmagneterregt und besitzt daher an seinem Außenmantel entsprechende Permanentmagnete 7. Der Läu¬ fer 4 besitzt hier außerdem axial verlaufende Kühlbohrungen 8, durch die Kühlluft strömt, die von einem inneren Ventila¬ tor 9 angetrieben wird. In Figure 2, an electric motor or a generator is shown in section. It has a cylindrical rotor 4 which is rotatably mounted on a shaft 5 in a housing 6. The rotor is permanent magnet excited and therefore has on its outer jacket corresponding permanent magnets 7. The Läu ¬ fer 4 also has here axially extending cooling holes 8, flows through the cooling air, which is driven by an inner Ventila ¬ tor 9.
Der zylindrische Läufer 4 ist von einem hohlzylindrischen Stator 10 umgeben, der an seinen Stirnseiten Wickelköpfe 11 besitzt. An den rechten Wickelköpfen 11 in FIG 2 sind auch Schaltungen 12 der Wicklungsanschlüsse angedeutet. The cylindrical rotor 4 is surrounded by a hollow cylindrical stator 10, which has end windings 11 on its end faces. On the right winding heads 11 in FIG 2 and circuits 12 of the winding connections are indicated.
Der Stator 10 ist gegenüber seiner Umgebung gekapselt. Die Kapselung wird an der Innenseite des Stators 10 durch ein Rohr 13 gebildet, die vorzugsweise aus einem Faserverbund¬ werkstoff hergestellt ist. Damit ist das Rohr 13 einerseits sehr stabil und leicht und andererseits ist dieser Werkstoff nicht elektrisch leitend, sodass Wirbelströme in dem Rohr 13 vermieden werden können. The stator 10 is encapsulated with respect to its surroundings. The encapsulation is formed on the inside of the stator 10 by a tube 13, which is preferably made of a fiber composite ¬ material. Thus, the tube 13 is on the one hand very stable and light and on the other hand, this material not electrically conductive, so that eddy currents in the tube 13 can be avoided.
Außen ist der Ständer von einem ebenfalls zylinderförmigen Gehäuseteil 14 umgeben, das sich axial wie das Rohr 13 über die Wickelköpfe 11 hinaus erstreckt. Das Rohr 13, der Ständer 10 und der Gehäuseabschnitt 14 sind also zur Bildung der Sta¬ torkapselung konzentrisch miteinander angeordnet, wobei der Ständer 10 in der Mitte liegt. Stirnseitig ist die Kapselung gebildet durch ringförmige Gehäuseabschnitte 15 und 16. Die Komponenten 13, 14, 15 und 16 bilden die geschlossene Kapse¬ lung, in der sich der Ständer 10 befindet. Der verbleibende Raum in der Kapselung, der von dem Ständer 10 nicht ausgefüllt ist, insbesondere im Bereich der Wickelköpfe 11, ist mit einem Öl 17 gefüllt. Dabei handelt es sich vorzugsweise um ein Trafo-Öl. Das Öl dient zur Wärmeabfuhr von dem Ständer 10 und insbesondere auch von den Wickelköpfen 11. Dabei kann die Kapselung einen fest abgeschlossenen Raum bilden, sodass Verlustwärme von dem Ständer 10 lediglich durch Wärmeleitung nach außen beispielsweise an den Gehäuseabschnitt 14 geleitet werden kann. Alternativ kann die Kapselung jedoch auch mit einer Kühleinrichtung in Fluidverbindung stehen, d. h. das Öl 17 wird über entsprechende Leitungen zu einer in FIG 2 nicht dargestellten Kühleinrichtung geleitet und dort gekühlt. Eine in die Kühleinrichtung integrierte Pumpe sorgt für eine ent¬ sprechende Zirkulation des Öls 17. The outside of the stand is surrounded by a likewise cylindrical housing part 14, which extends axially as the tube 13 on the winding heads 11 addition. The tube 13, the stator 10 and the housing portion 14 are thus arranged concentrically with each other to form the Sta ¬ torkapselung, wherein the stator 10 is located in the middle. On the front side, the encapsulation is formed by annular housing sections 15 and 16. The components 13, 14, 15 and 16 form the closed Kapse ¬ ment, in which the stator 10 is located. The remaining space in the enclosure, which is not filled by the stator 10, in particular in the region of the winding heads 11, is filled with an oil 17. This is preferably a transformer oil. The oil serves to dissipate heat from the stator 10 and in particular from the end windings 11. The encapsulation can form a firmly closed space, so that heat loss from the stator 10 can be conducted to the housing section 14 only by heat conduction to the outside. Alternatively, however, the encapsulation may also be in fluid communication with a cooling device, ie the oil 17 is conducted via corresponding lines to a cooling device (not shown in FIG. 2) and cooled there. An integrated into the cooling device the pump ensures ent ¬ speaking circulation of oil 17th
Der zylinderförmige Gehäuseabschnitt 14 stellt einen Teil ei¬ nes doppelwandigen Gehäuses dar. Konzentrisch zu dem Gehäuse- abschnitt 14 ist nämlich eine Gehäuseaußenwand 18 angeordnet, sodass sich zwischen dem Gehäuseabschnitt 14 und der Außenwand 18 ein Spalt 19 ergibt. Der Spalt 19 kann für eine Luft¬ kühlung, vorzugsweise jedoch eine Wasserkühlung verwendet werden. Damit kann beispielsweise an einem Betriebsort, an dem Wasser zur Kühlung einfach bereitgestellt werden kann, die von der Kapselung nach außen abgegebene Wärme effektiv abtransportiert werden. Ein wesentlicher Gedanke der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass ein so genannter kalter Läufer eingesetzt wird. Dies wird dadurch realisiert, dass der Läufer mit Permanent¬ magneten 7 erregt ist und nicht mit einem Strom. Der Läufer 4 hat also keine eigenen Wicklungen und somit in der Regel auch niedrigere Temperaturen als elektrisch erregte Komponenten. Es handelt sich bei dem Läufer 4 somit um ein rein mechanisches Bauteil, das kein elektrisches Betriebsmittel darstellt und das somit außerhalb des Ex-Schutzbereichs angeordnet wer- den kann. The cylindrical housing portion 14 constitutes a part ei ¬ nes double-walled housing is. Concentrically to the housing section 14 is in fact a housing outer wall 18 is arranged so that between the housing portion 14 and the outer wall 18 results in a gap 19. The gap 19 may, however, a cooling water used for cooling an air-¬, preferably. Thus, for example, at an operating location where water can be easily provided for cooling, the heat released from the enclosure to the outside can be effectively removed. An essential idea of the present invention is that a so-called cold runner is used. This is realized in that the rotor is excited by permanent magnets 7 ¬ and not with a current. The rotor 4 thus does not have its own windings and thus generally also lower temperatures than electrically excited components. The rotor 4 is therefore a purely mechanical component which does not represent any electrical equipment and which can thus be arranged outside the explosion-protected area.
Das elektrisch aktive Teil, hier der Ständer 10 bzw. seine Wicklung ist mit einem Rohr aus Faserverbundwerkstoff abge¬ kapselt bzw. abgeschottet. Insbesondere kann durch die Kapse- lung eine Olkapselung gemäß der Schutzart Ex o um das elekt¬ risch aktive Teil, den Ständer, erreicht werden. Das Spalt¬ rohr wird beispielsweise mithilfe eines O-Rings, der an der Stelle 20 angeordnet ist, gegenüber dem Gehäuse bzw. dem Ring 16 abgedichtet. The electrically active part, here the stator 10 or its winding is abge ¬ encapsulated with a tube made of fiber composite material or sealed off. In particular, by the development Kapse- a Olkapselung in accordance with the protection type Ex o around the elekt ¬ driven active part, the stator can be achieved. The gap ¬ pipe is sealed, for example by means of an O-ring, which is arranged at the point 20, relative to the housing or the ring 16.
Letztlich sind so alle Teile der Maschine (hier der Ständer) , die brennbare Gemische zünden können, in ein zünddurchschlag- sicheres Gehäuse (Kapselung 13, 14, 15, 16) eingeschlossen. Damit kann eine Explosion im Inneren der Kapselung nicht nach außen durchschlagen. Auch werden an den Außenteilen der druckfesten Kapselung 13, 14, 15 und 16 bestimmte Oberflä¬ chentemperaturen aufgrund der Olkapselung nicht überschritten. Die elektrische Maschine gemäß FIG 2 kann damit der Zündschutzart Ex o zugeordnet werden. Ultimately, all parts of the machine (here the stand) that can ignite flammable mixtures are enclosed in an ignition-proof housing (encapsulation 13, 14, 15, 16). Thus, an explosion inside the enclosure can not penetrate to the outside. 15 and 16 also certain Oberflä ¬ chentemperaturen are not exceeded due to the Olkapselung at the outer parts of the flameproof enclosure 13, 14,. The electrical machine according to FIG 2 can thus be assigned to the type of protection Ex o.
In vorteilhafter Weise wird somit die Zündspaltproblematik am Wellendurchtritt der Welle 5 durch das Gehäuse 6 komplett um¬ gangen, indem nämlich der permanentmagneterregte Läufer 4 aus dem zu schützenden Ex-Bereich herausgenommen wird. Dadurch wird der Weg frei zu einem statischen Schutz der spannungsführenden Teile der Ständerwicklung und zu deren intensiven Kühlung über das Trafo-Öl. Damit wird der Ständer 10 der elektrischen Maschine bezüglich des Schutzes zu einem Trans¬ formator . Advantageously, therefore, the Zündspaltproblematik at the shaft passage of the shaft 5 through the housing 6 completely um ¬ gone by namely the permanent magnet excited rotor 4 is removed from the protected area Ex. This opens the way to a static protection of the live parts of the stator winding and their intensive cooling via the transformer oil. Thus, the stator 10 of the electrical machine with respect to protection to a Trans ¬ formator.
Vorteilhaft bei dem Aufbau einer elektrischen Maschine gemäß der vorliegenden Erfindung ist, dass keine beweglichen, sondern nur statische Dichtung notwendig sind. Außerdem ist die elektrische Maschine bei Wassermantelkühlung oder direkter Ölkühlung sehr leise. Ferner ist bei dieser Bauart der elektrischen Maschine eine sehr hohe Drehmoment-Ausnutzung mög- lieh, insbesondere bei Maschinen mit Innenkühlung, d.h. modu- laren Blechpaketen mit radialen Kühlschlitzen (Leistungen von über 10 MW bei einer Umdrehungszahl von 1500/min) . An advantage of the construction of an electrical machine according to the present invention is that no movable, but only static seal are necessary. In addition, the electric machine is very quiet with water jacket cooling or direct oil cooling. Furthermore, in this type of electric machine, a very high torque utilization is possible, in particular for machines with internal cooling, i. modular laminations with radial cooling slots (powers of more than 10 MW at a speed of 1500 rpm).
Da allein der Ständer gekapselt werden muss, lässt sich auch eine sehr kompakte Maschine realisieren. Hinsichtlich derSince only the stand must be encapsulated, a very compact machine can be realized. With regard to the
Zündproblematik ist außerdem kein rotierender Dichtspalt oder Zündspalt zu beachten. Ferner geht auch das Lager-Radialspiel nicht in den Zündspalt ein, so dass auch sehr große Motoren (auch segmentiert) möglich sind, die die Zündschutzart Ex o einhalten. Außerdem sind mit dem erfindungsgemäßen Aufbau auch Maschinen in Ex-Zündschutzarten realisierbar, die aufgrund von Zündspalttoleranzen und AnschleifProblemen bisher nicht in Ex d möglich waren. Dies gilt insbesondere auch für Maschinen mit Gleitlagern. Zündproblematik is also no rotational sealing gap or ignition gap to observe. Furthermore, the bearing radial clearance is not in the ignition gap, so that even very large motors (also segmented) are possible, which comply with the type of protection Ex o. In addition, with the structure according to the invention also machines in Ex-types of protection can be realized, which were previously not possible in Ex d due to Zündspalttoleranzen and grinding problems. This is especially true for machines with plain bearings.

Claims

Patentansprüche claims
1. Elektrische Maschine mit 1. Electric machine with
- einem ersten Aktivteil (4), das mit Permanentmagneten (7) bestückt ist, und  - A first active part (4), which is equipped with permanent magnets (7), and
- einem zweiten Aktivteil (10), das zum Antrieb des ersten Aktivteils (4) mit diesem magnetisch gekoppelt ist, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass  a second active part (10), which is magnetically coupled to drive the first active part (4) with it, that is, magnetically
- das zweite Aktivteil (10) in einer Kapselung (13,14,15,16) öldicht eingekapselt ist,  - The second active part (10) in an encapsulation (13,14,15,16) is encapsulated oil-tight,
- die Kapselung (13,14,15,16) mit einem Öl (17) gefüllt ist und  - The encapsulation (13,14,15,16) is filled with an oil (17) and
- das erste Aktivteil (4) sich außerhalb der Kapselung (13, 14,15,16) befindet.  - The first active part (4) is outside the enclosure (13, 14,15,16).
2. Elektrische Maschine nach Anspruch 1, wobei das erste Ak¬ tivteil (4) ein Läufer und das zweite Aktivteil (10) ein Ständer ist. 2. Electrical machine according to claim 1, wherein the first Ak ¬ tivteil (4) is a rotor and the second active part (10) is a stand.
3. Elektrische Maschine nach Anspruch 1, wobei das erste Ak¬ tivteil ein Sekundärteil und das zweite Aktivteil ein Primär¬ teil eines Linearmotors ist. 3. Electrical machine according to claim 1, wherein the first Ak ¬ tivteil a secondary part and the second active part is a primary part of a linear motor.
4. Elektrische Maschine nach einem der vorhergehenden Ansprü- che, die die europäische Norm EN 60079-6 erfüllt. 4. Electrical machine according to one of the preceding claims, which meets the European standard EN 60079-6.
5. Elektrische Maschine nach einem der vorhergehenden Ansprü¬ che, wobei das Öl (17) ein Trafo-Öl ist. 5. Electrical machine according to one of the preceding Ansprü ¬ che, wherein the oil (17) is a transformer oil.
6. Elektrische Maschine nach einem der vorhergehenden Ansprü¬ che, wobei die Kapselung (13,14,15,16) in Fluidverbindung mit einer Kühleinrichtung steht. 6. Electrical machine according to one of the preceding Ansprü ¬ che, wherein the encapsulation (13,14,15,16) is in fluid communication with a cooling device.
7. Elektrische Maschine nach Anspruch 6, die ein Gehäuse (6) aufweist, wobei die Kühleinrichtung außerhalb des Gehäuses (6) angeordnet ist. l ü 7. Electrical machine according to claim 6, comprising a housing (6), wherein the cooling device is arranged outside of the housing (6). l ü
8. Elektrische Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wo bei die Kapselung (13,14,15,16) von einer Wasserkühleinrichtung umgeben ist. 8. Electrical machine according to one of claims 1 to 5, where in the encapsulation (13,14,15,16) is surrounded by a water cooling device.
9. Elektrische Maschine nach einem der vorhergehenden Ansprü che, wobei die Kapselung (13,14,15,16) zumindest teilweise aus einem Faserverbundwerkstoff hergestellt ist. 9. Electrical machine according to one of the preceding Ansprü surface, wherein the encapsulation (13,14,15,16) is at least partially made of a fiber composite material.
10. Elektrische Maschine nach Anspruch 2 und 9, wobei die Kapselung (13,14,15,16) ein Rohr (13) aus dem Faserverbund¬ werkstoff aufweist, die am Innenmantel des Ständers anliegt. 10. Electrical machine according to claim 2 and 9, wherein the encapsulation (13,14,15,16) comprises a tube (13) of the fiber composite ¬ material, which rests against the inner surface of the stator.
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Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102012213897A1 (en) * 2012-08-06 2014-02-06 Siemens Aktiengesellschaft Housing for drive shafts and manufacturing method, as well as using a fiber-reinforced plastic
DE102013213002A1 (en) 2013-07-03 2015-01-08 Siemens Aktiengesellschaft cooling device
DE102019133241A1 (en) * 2019-12-05 2021-06-10 Efficient Energy Gmbh SPECIAL MEASURES FOR TEMPERATURE CONTROL OF A ROTOR OF AN ELECTRIC MOTOR
DE102022001137A1 (en) 2022-04-01 2023-10-05 Mercedes-Benz Group AG Electric drive device for a motor vehicle, in particular for a motor vehicle

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH01283042A (en) * 1988-05-07 1989-11-14 Daifuku Co Ltd Linear motor
JPH0583897A (en) * 1991-09-20 1993-04-02 Tsubakimoto Chain Co Explosion-proof device for linear motor
DE10045094A1 (en) * 2000-09-12 2002-03-28 Siemens Ag Permanent magnet excited synchronous machine for application in explosion risk areas such as drives in oil and gas industry, comprises part poles or whole poles magnetized by magnetizing units
DE10225300A1 (en) * 2002-06-07 2003-12-24 Hermetic Pumpen Gmbh Slotted tube motor pump has rotor enclosed in hermetically sealed manner by slotted tube, stator engaging around slotted tube, with motor cooling that cools drive motor via outer periphery of stator
WO2005091468A1 (en) * 2004-03-18 2005-09-29 Sensor-Technik Wiedemann Gmbh Cooled electrodynamic machine comprising a can

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CH335315A (en) * 1955-10-15 1958-12-31 Bbc Brown Boveri & Cie Turbo generator
JP3832556B2 (en) * 2000-02-25 2006-10-11 株式会社安川電機 Canned linear motor

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH01283042A (en) * 1988-05-07 1989-11-14 Daifuku Co Ltd Linear motor
JPH0583897A (en) * 1991-09-20 1993-04-02 Tsubakimoto Chain Co Explosion-proof device for linear motor
DE10045094A1 (en) * 2000-09-12 2002-03-28 Siemens Ag Permanent magnet excited synchronous machine for application in explosion risk areas such as drives in oil and gas industry, comprises part poles or whole poles magnetized by magnetizing units
DE10225300A1 (en) * 2002-06-07 2003-12-24 Hermetic Pumpen Gmbh Slotted tube motor pump has rotor enclosed in hermetically sealed manner by slotted tube, stator engaging around slotted tube, with motor cooling that cools drive motor via outer periphery of stator
WO2005091468A1 (en) * 2004-03-18 2005-09-29 Sensor-Technik Wiedemann Gmbh Cooled electrodynamic machine comprising a can

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