DE102018102024A1 - Rotary electric machine with internal rotor design for converting mechanical energy into electrical energy or vice versa - Google Patents
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Abstract
Rotierende elektrische Maschine in Innenläuferausfiihrung zur Umwandlung von mechanischer Energie in elektrische Energie oder umgekehrt, umfassend einen Stator, einen Rotor im Inneren der Maschine, der vom Stator umschlossen und drehfest auf oder an einer drehbar gelagerten Antriebs/Abtriebswelle angeordnet oder anordbar ist, sodass die Antriebs/Abtriebswelle einschließlich des Rotors um eine Rotationsachse R drehbar ist, und eine Rotorkühleinrichtung, die gestaltet ist, um Kühlmedium entlang zumindest eines Teils der Innenfläche und/oder durch zumindest einen Teil des Inneren des Rotors für eine Wärmeabfuhr hauptsächlich durch Wärmeströmung zu fuhren oder in die Nähe der Innenfläche des Rotors für eine Wärmeabfuhr durch Wärmestrahlung zu bringen.Rotary electric machine in Innenläuferausfiihrung for converting mechanical energy into electrical energy or vice versa, comprising a stator, a rotor inside the machine, which is enclosed by the stator and rotationally fixed or rotatably mounted on or on a rotatably mounted drive / driven shaft or can be arranged so that the drive Output shaft including the rotor is rotatable about an axis of rotation R, and a rotor cooling device, which is designed to lead cooling medium along at least a portion of the inner surface and / or through at least a part of the interior of the rotor for heat dissipation mainly by heat flow or in the To bring near the inner surface of the rotor for heat dissipation by heat radiation.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft rotierende elektrische Maschinen in Innenläuferausfiihrung zur Umwandlung von mechanischer Energie in elektrische Energie oder umgekehrt. Beispielsweise kann es sich um Elektrogeneratoren (elektrische Generatoren) und Elektromotoren handeln. Grundsätzlich gilt für Elektromotoren und Elektrogeneratoren, dass durch höhere Drehzahlen kleinere Bauformen mit höheren Leistungsdichten zum Einsatz kommen können. Mit höheren Leistungsdichten sind jedoch auch höhere Temperaturen verbunden. Die steigenden Temperaturen lassen die Verluste ansteigen und den Wirkungsgrad sinken. Durch eine effizientere Kühlung könnte der Wirkungsgrad weiter verbessert werden.The present invention relates to rotary electric machines in Innenläuferausfiihrung for the conversion of mechanical energy into electrical energy or vice versa. For example, it may be electric generators (electric generators) and electric motors. Basically, for electric motors and electric generators, higher speeds mean that smaller designs with higher power densities can be used. However, higher power densities also involve higher temperatures. The rising temperatures increase the losses and decrease the efficiency. By more efficient cooling, the efficiency could be further improved.
Der vorliegenden Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, eine rotierende elektrische Maschine in Innenläuferausführung zur Umwandlung von mechanischer Energie in elektrische Energie oder umgekehrt mit einer effizienteren Kühlung, insbesondere Rotorkühlung, bereitzustellen.The present invention is therefore based on the object, a rotating electric machine in internal rotor design for the conversion of mechanical energy into electrical energy or vice versa with a more efficient cooling, in particular rotor cooling to provide.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gemäß einem ersten Aspekt gelöst durch eine rotierende elektrische Maschine in Innenläuferausfiihrung zur Umwandlung von mechanischer Energie in elektrische Energie oder umgekehrt, umfassend: einen Stator, einen Rotor im Inneren der Maschine, der vom Stator umschlossen und drehfest auf oder an einer drehbar gelagerten Antriebs/Abtriebswelle angeordnet oder anordbar ist, sodass die Antriebs/Abtriebswelle einschließlich des Rotors um eine Rotationsachse
Zur Wärmeabfuhr kann neben der Wärmeströmung auch Wärmestrahlung und/oder Wärmeleitung genutzt werden. Eine Kühlung über Wärmestrahlung kann z. B. bei einem Vakuumbetrieb der rotierenden elektrischen Maschine sinnvoll sein. Das Kühlmedium kann z. B. eine Flüssigkeit, wie z. B. Wasser oder Öl, oder ein Gas, wie z. B. Luft oder Helium, sein.For heat dissipation, heat radiation and / or heat conduction can be used in addition to the heat flow. A cooling over heat radiation can z. B. be useful in a vacuum operation of the rotating electric machine. The cooling medium can, for. B. a liquid such. As water or oil, or a gas such. As air or helium.
Weiterhin wird diese Aufgabe gemäß einem zweiten Aspekt gelöst durch eine rotierende elektrische Maschine in Innenläuferausführung zur Umwandlung von mechanischer Energie in elektrische Energie oder umgekehrt, umfassend einen Stator, ein Statorgehäuse, eine Statorkühleinrichtung, umfassend eine mit dem Stator fest verbundene Statorhülse zum Kühlen des Stators und eine optionale Wasserkühleinrichtung, umfassend einen Kühlmantel zum Kühlen des Statorgehäuses sowie indirekt auch der Statorhülse bzw. des Stators, einen Rotor im Inneren der Maschine, der vom Stator umschlossen und drehfest an einer drehbar gelagerten Antriebs/Abtriebswelle angeordnet oder anordbar ist, sodass die Antriebs/Abtriebswelle einschließlich des Rotors um eine Rotationsachse
Bei der rotierenden elektrischen Maschine kann vorgesehen sein, dass der Rotor mehrwandig, insbesondere doppelwandig, gestaltet ist. Alternativ oder zusätzlich können Einrichtungen zur Oberflächenvergrößerung vorgesehen sein.In the rotary electric machine can be provided that the rotor is multi-walled, in particular double-walled, designed. Alternatively or additionally, devices for surface enlargement may be provided.
Vorteilhafterweise umfasst die Rotorkühleinrichtung mindestens zwei Rotorkühlkanäle. Mit dem Begriff „Rotorkühlkanäle“ sollen auch beispielsweise „Rotorkühlbohrungen“ umfasst sein.Advantageously, the rotor cooling device comprises at least two rotor cooling channels. The term "rotor cooling passages" should also include, for example, "rotor cooling bores".
Vorteilhafterweise erstrecken sich die Rotorkühlkanäle nahe zum Außendurchmesser des Rotors, um eine hohen Kühleffekt für die Magnete zu erreichen. Vorzugsweise sind die Rotorkühlkanäle symmetrisch und/oder fluchtend mit der Rotorachse über den Rotor verteilt.Advantageously, the rotor cooling passages extend close to the outer diameter of the rotor in order to achieve a high cooling effect for the magnets. Preferably, the rotor cooling channels are distributed symmetrically and / or in alignment with the rotor axis over the rotor.
Gemäß einer besonderen Ausführungsform weist die Antriebs/Abtriebswelle ein freies Wellenende auf und ist der Rotor auf das freie Wellenende gesteckt oder steckbar. Anstelle der Steckverbindung können auch andere Verbindungsarten verwendet werden.According to a particular embodiment, the drive / output shaft has a free shaft end and the rotor is plugged or plugged onto the free shaft end. Instead of the connector, other types of connection can be used.
Insbesondere kann dabei vorgesehen sein, dass der Rotor becherartig gestaltet ist.In particular, it can be provided that the rotor is cup-shaped.
Dabei kann der Boden des becherartigen Rotors gestaltet sein, um auf das freie Wellenende gesteckt zu werden. Anstelle der Steckverbindung können auch andere Verbindungsarten verwendet werden.In this case, the bottom of the cup-shaped rotor can be designed to be plugged onto the free end of the shaft. Instead of the connector, other types of connection can be used.
Gemäß einer weiteren besonderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist die Rotorkühleinrichtung ferner einen feststehenden hohlen Kühlstutzen, der sich in Richtung der Rotationsachse des Rotors erstreckend von der offenen Seite des becherartigen Rotors in das Becherinnere hinein streckt und mit dessen vom Rotor abgewandten Ende mit einer Kühlmediumquelle zum Zuführen von Kühlmedium verbunden oder verbindbar ist, und einen Kühlmediumauslass zum Abgeben des Kühlmediums zur Außenseite der Maschine auf. Ganz allgemein kann bei einem offenen Kühlsystem, insbesondere wenn keine Zwangskühlung vorgesehen ist, beispielsweise ein externes Gebläse oder eine externe Pumpe vorgesehen sein. According to a further particular embodiment of the present invention, the rotor cooling device further comprises a fixed hollow cooling nozzle, which extends in the direction of the axis of rotation of the rotor extending from the open side of the cup-like rotor into the cup interior and with its end facing away from the rotor with a cooling medium source for feeding of cooling medium is connected or connectable, and a Kühlmediumauslass for discharging the cooling medium to Outside of the machine. Quite generally, in an open cooling system, in particular when no forced cooling is provided, for example, an external fan or an external pump may be provided.
Insbesondere kann dabei vorgesehen sein, dass das zum Rotor gewandte Ende des Kühlstutzens offen ist und sich auf der Außenseite des Kühlstutzens rippen- oder schaufelartige Vorsprünge für eine Zwangskühlung befinden. Ganz allgemein kann beispielsweise ein mechanischer Gasverdichter, wie z. B. ein Turbinenrad, ein Propeller, ein Schraubenverdichter etc., zum Einsatz kommen. Durch das offene Ende des Kühlstutzens kann ein Kühlmedium, wie z. B. Kühlgas, in den Rotor bzw. die Rotorhülse geführt werden.In particular, it may be provided that the rotor facing the end of the cooling nozzle is open and are on the outside of the cooling nozzle rib or blade-like projections for forced cooling. In general, for example, a mechanical gas compressor, such. As a turbine wheel, a propeller, a screw compressor, etc., are used. Through the open end of the cooling nozzle, a cooling medium, such. As cooling gas, are guided in the rotor or the rotor sleeve.
Zweckmäßigerweise erstrecken sich die Vorsprünge unter einem Winkel
Alternativ kann das zum Rotor gewandte Ende des Kühlstutzens geschlossen sein.Alternatively, the rotor-facing end of the cooling nozzle may be closed.
Wiederum alternativ kann das zum Rotor gewandte Ende des Kühlstutzens offen sein und die Maschine eine Trennhaube aufweisen, die den Rotor vom Stator hermetisch trennt und sich zwischen dem Rotor und dem Kühlstutzen erstreckt, sodass das Kühlmedium nicht zum Rotor, aber zur Trennhaube gelangt.Again alternatively, the rotor-facing end of the cooling nozzle may be open and the machine may include a separation hood which hermetically separates the rotor from the stator and extends between the rotor and the cooling nozzle so that the cooling medium does not pass to the rotor but to the separation hood.
Gemäß einer weiteren besonderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Rotorkühleinrichtung ferner einen feststehenden Kühlstutzen aufweist, der sich in Richtung der Rotationsachse des Rotors erstreckend von der offenen Seite des becherartigen Rotors in das Becherinnere hinein erstreckt und dessen zum Rotor gewandtes Ende geschlossen ist sowie auf seiner Außenseite rippen- oder schaufelartige Vorsprünge für eine Zwangskühlung aufweist. Insbesondere kann es sich um eine Vollwelle handeln und kann das Kühlmedium über den bzw. einem dann gelochten Boden des Rotors bzw. der Rotorhülse geführt werden.According to a further particular embodiment of the present invention it can be provided that the rotor cooling device further comprises a fixed cooling nozzle which extends in the direction of the axis of rotation of the rotor extending from the open side of the cup-like rotor into the cup interior and whose rotor-facing end is closed and on its outside rib-like or blade-like projections for forced cooling has. In particular, it can be a solid shaft and the cooling medium can be passed over the or a then perforated bottom of the rotor or the rotor sleeve.
Zweckmäßigerweise erstrecken sich die Vorsprünge unter einem Winkel
Günstigerweise weist die Maschine ferner eine Statorkühleinrichtung zum Kühlen des Stators auf.Conveniently, the machine further comprises a stator cooling device for cooling the stator.
Insbesondere kann dabei vorgesehen sein, dass die Statorkühleinrichtung der Rotorkühleinrichtung nachgeschaltet ist.In particular, it can be provided that the stator cooling device of the rotor cooling device is connected downstream.
Zudem kann vorgesehen sein, dass die Statorkühleinrichtung integral mit der Rotorkühleinrichtung ausgebildet ist.In addition, it can be provided that the stator cooling device is formed integrally with the rotor cooling device.
Vorteilhafterweise weist die Statorkühleinrichtung eine externe Fluidkühleinrichtung, insbesondere eine Wasserkühleinrichtung, auf.Advantageously, the stator cooling device has an external fluid cooling device, in particular a water cooling device.
Vorteilhafterweise weist die Statorkühleinrichtung eine um den Stator gelegte Statorhülse, vorzugsweise mit Statorkühlkanälen, auf. Mit „Statorkühlkanäle“ sollen beispielsweise auch „Statorkühlbohrungen“ gemeint sein.Advantageously, the stator cooling device has a stator sleeve placed around the stator, preferably with stator cooling channels. For example, "stator cooling holes" should also be understood to mean "stator cooling holes".
Vorteilhafterweise ist die Statorhülse als ein Wärmetauscherring ausgeführt.Advantageously, the stator sleeve is designed as a heat exchanger ring.
Gemäß einer weiteren besonderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Antriebs/Abtriebswelle beidseitig gelagert ist und der Rotor drehfest auf der Antriebs/Abtriebswelle, diese umschließend, angeordnet ist.According to another particular embodiment of the present invention can be provided that the drive / output shaft is mounted on both sides and the rotor rotatably on the drive / output shaft, this enclosing, is arranged.
Vorteilhafterweise weist die Zwangskühleinrichtung rippen- und/oder schaufelartige Vorsprünge zwischen der Antriebs/Abtriebswelle und dem Rotor auf. Ganz allgemein kann z. B. ein mechanischer Gasverdichter, wie z. B. ein Turbinenrad, ein Propeller, ein Schraubenverdichter etc., zum Einsatz kommen.Advantageously, the forced cooling device has rib-shaped and / or blade-like projections between the drive / driven shaft and the rotor. In general, z. B. a mechanical gas compressor, such as. As a turbine wheel, a propeller, a screw compressor, etc., are used.
Die Vorsprünge (kühlmediumverdichtenden Komponenten) sind in einer besonderen Ausführungsform mit dem bzw. einem Statorgehäuse fest verbunden.The projections (cooling medium compressing components) are firmly connected in a particular embodiment with the or a stator housing.
Zweckmäßigerweise erstrecken sich die Vorsprünge unter einem Winkel
Alternativ kann vorgesehen sein, dass die Rotorkühleinrichtung als eine geschlossene innere Zwangskühleinrichtung ausgeführt ist. Alternatively it can be provided that the rotor cooling device is designed as a closed internal forced cooling device.
Zweckmäßigerweise weist die Maschine ferner eine, vorzugsweise der Rotorkühleinrichtung nachgeschaltete, vorzugsweise damit integral ausgebildete, Statorkühleinrichtung auf.Expediently, the machine further comprises a stator cooling device connected downstream, preferably downstream of the rotor cooling device, preferably integrally therewith.
Ebenfalls zweckmäßigerweise weist die Statorkühleinrichtung eine externe Fluidkühleinrichtung, insbesondere eine Wasserkühleinrichtung, auf.Likewise expediently, the stator cooling device has an external fluid cooling device, in particular a water cooling device.
Weiterhin kann vorgesehen sein, dass die Statorkühleinrichtung eine um den Stator gelegte Statorhülse, vorzugsweise mit Statorkühlkanälen, aufweist.Furthermore, it can be provided that the stator cooling device has a stator sleeve placed around the stator, preferably with stator cooling channels.
Schließlich kann vorgesehen sein, dass die Statorhülse als ein Wärmetauscherring ausgeführt ist.Finally, it can be provided that the stator sleeve is designed as a heat exchanger ring.
Der vorliegenden Erfindung liegt die überraschende Erkenntnis zugrunde, dass durch die spezielle Rotorkühlung und/oder spezielle Statorkühlung der Wirkungsgrad der rotierenden elektrischen Maschine erhöht werden kann.The present invention is based on the surprising finding that the efficiency of the rotating electrical machine can be increased by the special rotor cooling and / or special stator cooling.
Zumindest in einer besonderen Ausführungsform benötigt die rotierende elektrische Maschine kein Getriebe (getriebelos) und/oder keine Kupplung (kupplungslos) und/oder kein eigenes Lager.At least in one particular embodiment, the rotary electric machine does not require a gearbox (gearless) and / or a clutch (clutchless) and / or no dedicated bearing.
In besonderen Ausführungsformen werden z. B. bereitgestellt:
- - eine rotierende elektrische Maschine, die ohne eigene Lagerung auf vorhandene freie Wellenenden einer anderen Maschine aufgesteckt werden kann und damit als magnetische Kupplung ohne direkte mechanische Verbindung wirkt,
- - eine rotierende elektrsiche Mschine, die zusätzlich auch ein mechanisches Getriebe ersetzen kann, und
- - eine rotierende Maschine, die diverse Kupplungsarten, wie. Z. B. Keilriemen, Sternkupplung etc., ersetzen kann, sodass damit mindestens zwei zusätzliche Lagerungen entfallen.
- - A rotating electrical machine that can be plugged without own storage on existing free shaft ends of another machine and thus acts as a magnetic coupling without direct mechanical connection,
- - a rotating electric machine, which can also replace a mechanical gear, and
- - a rotating machine, the various types of couplings, such as. For example, V-belt, star coupling, etc., can replace, so that accounts for at least two additional bearings.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den beigefügten Ansprüchen und aus der nachfolgenden Beschreibung, in der mehrere Ausführungsbeispiele anhand der schematischen Zeichnungen im Einzelnen erläutert werden. Dabei zeigt:
-
1 eine rotierende elektrische Maschine gemäß einer ersten besonderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit der Option innere Gaskühlung über Zwangskühlung (ohne externen Lüfter) und ohne Wasserkühlung; -
2 eine rotierende elektrische Maschine gemäß einer zweiten besonderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit der Option Trennhaube, innere Gaskühlung ohne externen Lüfter und ohne Wasserkühlung; -
3 eine rotierende elektrische Maschine gemäß einer dritten besonderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit der Option einer geschlossenen inneren Zwangskühlung und integrierter Wasserkühlung; -
4 eine rotierende elektrische Maschine gemäß einer vierten besonderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit der Option Wasserkühlung und innerer Kühlung mit Stutzen über Strahlungswärme; -
5 eine rotierende elektrische Maschine gemäß einer fünften besonderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit der Option der Trennhaube ohne Rotorkühlung und der Stator-Wasserkühlung; -
6 eine rotierende elektrische Maschine gemäß einer sechsten besonderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; -
7 eine rotierende elektrische Maschine gemäß einer siebten besonderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; -
8 eine Detailschnittansicht und zwei Schnittansichten entlang der LinieA-A' von einem Rotor einer rotierenden elektrischen Maschine gemäß weiteren besonderen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung; und -
9 eine Schnittansicht und eine Schnittansicht entlang der LinieA-A' von einer Statorhülse einer rotierenden elektrischen Maschine gemäß einer weiteren besonderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
-
1 a rotating electrical machine according to a first particular embodiment of the present invention with the option of internal gas cooling via forced cooling (without external fan) and without water cooling; -
2 a rotating electrical machine according to a second particular embodiment of the present invention with the option separation hood, inner gas cooling without external fan and without water cooling; -
3 a rotary electric machine according to a third particular embodiment of the present invention with the option of a closed internal forced cooling and integrated water cooling; -
4 a rotating electrical machine according to a fourth particular embodiment of the present invention with the option water cooling and internal cooling with nozzles over radiant heat; -
5 a rotary electric machine according to a fifth particular embodiment of the present invention with the option of the separation hood without rotor cooling and the stator water cooling; -
6 a rotary electric machine according to a sixth specific embodiment of the present invention; -
7 a rotary electric machine according to a seventh particular embodiment of the present invention; -
8th a detail sectional view and two sectional views along the lineA-A ' from a rotor of a rotary electric machine according to other particular embodiments of the present invention; and -
9 a sectional view and a sectional view taken along the lineA-A ' of a stator sleeve of a rotary electric machine according to another particular embodiment of the present invention.
Die in der
Zudem weist die Maschine
Bei reiner Luftkühlung wird über den Kühlstutzen
In dieser besonderen Ausführungsform sind die Vorsprünge
Der Spalt
Durch den Verzicht auf eine eigene Rotorlagerung ist die Maschine
Die in der
Die in der
Die in der
Die in der
Bei der in der
Die in der
Schließlich zeigt
Im Übrigen ist ganz allgemein noch auf Folgendes hinzuweisen: Grundsätzlich gilt, dass bei gleicher Leistung über höhere Drehzahlen die Bauform und das Gewicht von Elektromotoren und Elektrogeneratoren zumindest gemäß besonderen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung deutlich reduziert werden können. Zum Beispiel wird eine 500 kW-Dampfturbine mit 20.000 UpM und Getriebe mit einem Hochgeschwindigkeits-Direktantrieb im Gewicht von ca. 5 bis 10 Tonnen auf ca. eine Tonne fallen.Incidentally, in general, the following should be noted: Basically, that at the same performance over higher speeds, the design and the weight of electric motors and electric generators can be significantly reduced at least according to particular embodiments of the present invention. For example, a 500 kW steam turbine at 20,000 rpm and a gearbox with a high-speed direct drive weighing approximately 5 to 10 tonnes will fall to approximately one tonne.
Ein weiteres Auslegungskriterium ist der Spalt bzw. Luftspalt zwischen dem Rotor und Stator. Dieser liegt üblicherweise in der Größenordnung von 0,5 mm bis 5 mm. Zumindest in einer besonderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird eine Rotorkühlung in dem Spalt nicht mehr benötigt. Somit kann der Spalt auf die Motor/Generatorbelange ausgelegt werden, was gegebenenfalls zusätzliche Optionen und Wirkungsgradverbesserungen zur Folge haben kann. Durch die kompaktere Bauform wird es aber aufwendiger, entsprechende Kühlungen zu integrieren. Bei Elektroantrieben, zum Beispiel in Elektroautos, kann mit der vorliegenden Erfindung zumindest in besonderen Ausführungsformen eine deutliche Gewichts- und Kosteneinsparung erzielt werden, weil eine effizientere Kühlung, insbesondere Rotorkühlung, möglich ist. Grundsätzlich können höhere Drehzahlen durch mechanische Getriebe oder Sondermotoren mit elektronischem Getriebe (Drives) realisiert werden, wobei aber oft Kupplungen eingesetzt werden müssen. Zumindest in besonderen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung kann in vielen Fällen auf die Kupplung und/oder die Lagerung verzichtet werden, da bei hohen Geschwindigkeiten der Rotor sehr klein ausgelegt werden kann und die Lagerung der schon vorhandenen Maschine (Baugruppe) die Doppelfunktion übernimmt. In Konsequenz resultieren hieraus eine Effizienzsteigerung der kompletten Plattform bei deutlich reduzierten Herstellungskosten.Another design criterion is the gap or air gap between the rotor and stator. This is usually in the order of 0.5 mm to 5 mm. At least in one particular embodiment of the present invention, rotor cooling in the gap is no longer needed. Thus, the gap can be tailored to the motor / generator requirements, which may result in additional options and efficiency improvements. The more compact design, however, makes it more complicated to integrate corresponding cooling systems. In electric drives, for example in electric cars, with the present invention, at least in particular embodiments, a significant weight and cost savings can be achieved because a more efficient cooling, in particular rotor cooling, is possible. In principle, higher speeds can be realized by mechanical gearboxes or special motors with electronic gearboxes (drives), but couplings often have to be used. At least in particular embodiments of the present invention can be dispensed with the clutch and / or storage in many cases, since at high speeds, the rotor can be designed very small and the storage of the existing machine (assembly) takes over the dual function. As a consequence, this results in an increase in efficiency of the complete platform with significantly reduced production costs.
Mit Einsatz einer Trennhaube entstehen neue Anwendungsfälle, wenn Gase oder Flüssigkeiten sicher bzw. absolut dicht (zum Beispiel, wenn eine Seite im Vakuum gefahren werden muss) vom Elektromotor/Elektrogenerator abgetrennt werden müssen.With the use of a separating hood, new applications arise when gases or liquids have to be separated from the electric motor / electric generator safely or absolutely tight (for example, when one side has to be driven in a vacuum).
Es wird viele Anwendungen geben und als Beispiel kann man kleine Dampf-Turbinenplattformen (bis ca. 5 MW) nehmen. Diese werden mit Drehzahlen > 3000 U/min gefahren und benötigen daher ein Getriebe, um in das 50 Hz-Stromnetz einzuspeisen. Zur Effizienzsteigerung kann mit neuester Technologie auch über Hochgeschwindigkeitsmotoren mit elektronischem Getriebe die Energie ins Netz eingespeist werden. Dies erfordert allerdings Hochleistungskupplungen und kostenintensive Lagerungen des Generators. Zumindest gemäß besonderen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung entfallen Kupplung, Getriebe und Motorlagerung und wird auch das Motor/Generatorvolumen deutlich reduziert, was in der Summe zu deutlichen Effizienzsteigerungen führen kann. Nehme man als Beispiel eine 500 kW-Dampfturbine, so würde sich das Gewicht von ca. 5 Tonnen auf < eine Tonne reduzieren.There will be many applications and as an example you can take small steam turbine platforms (up to approx. 5 MW). These are driven at speeds> 3000 rpm and therefore require a gearbox to feed into the 50 Hz power grid. To increase efficiency, the latest technology can also be used to feed the energy into the grid via high-speed motors with electronic gearboxes. However, this requires high performance couplings and costly bearings of the generator. At least according to particular embodiments of the present invention eliminates the clutch, transmission and engine storage and also the engine / generator volume is significantly reduced, which in total can lead to significant efficiency gains. Take, for example, a 500 kW steam turbine, the weight would be reduced from about 5 tons to <one ton.
Gleiches gilt für viele Anwendungen mit Gasen als Fluid, wie Kühlaggregate, Kompressoren, Gebläse usw.. Wie schon bei den Generatoranwendungen übernimmt, der Rotor (die Rotorhülse) eine Kupplungsfunktion und entfällt die mechanische Kupplung, das Getriebe und die Motorlagerung, was in der Summe zu einer deutlichen Effizienzsteigerung führt.The same applies to many applications with gases as fluid, such as refrigeration units, compressors, blowers, etc. As with the generator applications, the rotor (the rotor sleeve) performs a coupling function and eliminates the mechanical clutch, the gearbox and the engine mounting, which in total leads to a significant increase in efficiency.
Bei Varianten mit Eigenlagerung können durch die besseren Kühlbedingungen höhere Leistungen realisiert werden, was die potentiellen Anwendungen erweitert.In the case of variants with integral bearings, higher performance can be achieved due to the improved cooling conditions, which extends the potential applications.
Die in der vorstehenden Beschreibung, in den Zeichnungen sowie in den Ansprüchen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in den beliebigen Kombinationen für die Verwirklichung der Erfindung in ihren verschiedenen Ausführungsformen wesentlich sein.The features of the invention disclosed in the foregoing description, in the drawings and in the claims may be essential both individually and in any desired combinations for the realization of the invention in its various embodiments.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- Statorgehäusestator
- 22
- Statorstator
- 2a2a
- Innenflächepalm
- 33
- Kühlstützencooling columns
- 3a3a
- EndeThe End
- 3b3b
- EndeThe End
- 3c3c
- Außenflächeouter surface
- 44
- Rotorrotor
- 4a4a
- Bodenground
- 4b4b
- Innenflächepalm
- 4c4c
- Außenflächeouter surface
- 4d4d
- RotorkühlbohrungenRotor cooling holes
- 4e4e
- Rotorwandrotor wall
- 55
- Antrieb(swelle)/AbtriebswelleDrive (swelle) / output shaft
- 5a5a
- Wellenendeshaft end
- 66
- Antriebs/AbtriebsgehäuseDrive / output housing
- 77
- Vorsprüngeprojections
- 88th
- Flügelradimpeller
- 99
- Statorhülsestator
- 9a9a
- Bohrungendrilling
- 1010
- Lagerwarehouse
- 1111
- WasserkühleinrichtungWater cooler
- 1212
- Trennhaubeseparating hood
- 1313
- Spaltgap
- 13a13a
- Spaltgap
- 1414
- Spaltgap
- 1515
- Magnetbandagemagnetic bandage
- 1616
- Bohrungendrilling
- 1717
- innerer Bereichinner area
- 1818
- RotorkühlkanäleRotor cooling channels
- 1919
- Kühlmediumauslasscoolant outlet
- 2020
- KühlmediumeinlassCoolant inlet
- 2121
- Statorkühlkanälestator cooling
- 2222
- Spaltgap
- 100100
- Maschinemachine
- RR
- Rotationsachseaxis of rotation
- αα
- Winkelcorner
Claims (30)
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