DE102016218741A1

DE102016218741A1 - Electric machine with improved cooling

Info

Publication number: DE102016218741A1
Application number: DE102016218741.4A
Authority: DE
Inventors: Andreas Reeh; Claus Zeumer; Agnieszka Makowska
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Rolls Royce Deutschland Ltd and Co KG
Priority date: 2016-09-28
Filing date: 2016-09-28
Publication date: 2018-03-29
Anticipated expiration: 2036-09-29
Also published as: WO2018060011A1; DE102016218741B4

Abstract

Die Erfindung betrifft die Kühlung einer elektrischen Maschine. Hierzu ist ein Kühlsystem vorgesehen, welches zumindest ein Wärmerohrpaar aufweist, das mit einem Stator der Maschine in thermischem Kontakt ist. Das Wärmerohr ist desweiteren mit einer Wärmesenkenanordnung verbunden, an die eine am Stator aufgenommene Wärme abgeführt werden kann. Ein weiteres Wärmerohr ist mit dem Rotor sowie ebenfalls mit der Wärmesenkenanordnung in thermischem Kontakt. Die beiden Wärmerohre des Wärmerohrpaares des Stators sind horizontal und antiparallel zueinander angeordnet, wodurch erreicht wird, dass verschiedene, die Effizienz dieser beiden Wärmerohre beeinflussende Kraftwirkungen kompensiert werden. Das Wärmerohr des Rotors ist dagegen als mit dem Rotor mitrotierendes Wärmerohr ausgebildet, welches zudem eine konische Form aufweist. Dies führt dazu, dass bei Rotation die in flüssiger Form vorliegende Phase des Arbeitsmediums des Wärmerohres von der Kondensationssektion zur Verdampfungssektion transportiert wird.The invention relates to the cooling of an electrical machine. For this purpose, a cooling system is provided, which has at least one heat pipe pair, which is in thermal contact with a stator of the machine. The heat pipe is further connected to a heat sink assembly, to which a heat absorbed at the stator can be dissipated. Another heat pipe is in thermal contact with the rotor as well as with the heat sink assembly. The two heat pipes of the heat pipe pair of the stator are arranged horizontally and antiparallel to each other, whereby it is achieved that different, the efficiency of these two heat pipes influencing force effects are compensated. The heat pipe of the rotor, in contrast, is designed as a heat pipe co-rotating with the rotor, which also has a conical shape. As a result, during rotation, the liquid phase of the working medium of the heat pipe is transported from the condensation section to the evaporation section.

Description

Für mobile Anwendungen elektrischer Antriebe wie bspw. für das elektrische Fliegen oder auch für elektrisch angetriebene Wasserfahrzeuge etc. werden Elektromotoren mit hohen Leistungsdichten benötigt. Während für viele technische Anwendungen Leistungsdichten in Größenordnungen bis zu 2kW/kg ausreichend sind, werden bspw. für die Elektrifizierung der Luftfahrt, d. h. für elektrisch oder hybrid-elektrisch angetriebene Luftfahrzeuge, aber auch für andere, insbesondere mobile Anwendungen elektrische Maschinen mit Leistungsdichten von mindestens 20kW/kg angestrebt. For mobile applications of electric drives such as for electric flying or electrically powered watercraft, etc. electric motors are required with high power densities. While power densities of up to 2kW / kg are sufficient for many technical applications, for example, for the electrification of aviation, i. H. intended for electric or hybrid electric powered aircraft, but also for other, especially mobile applications electrical machines with power densities of at least 20kW / kg.

Für die genannten mobilen Anwendungen werden demnach hochleistungsdichte, elektrische Motoren benötigt, wobei mit steigender Leistungsdichte auch höhere Anforderungen an die Kühlung der elektrischen Maschine gestellt werden. In den aktiven Komponenten der Maschine, d. h. insbesondere bei Stator und/oder Rotor, entsteht ein signifikanter Anteil der Wärme bspw. innerhalb von Magnetspulen der Statorwicklung aufgrund des elektrischen Widerstands der Leiter sowie aufgrund des Skin-Effektes. Darüber hinaus führen Wirbelstromverluste sowie magnetische Hystereseverluste zu zusätzlicher Wärmeentwicklung in der jeweiligen Komponente der elektrischen Maschine. Dies führt zu verminderter Leistungsfähigkeit. Entsprechendes gilt für ggf. am Rotor vorgesehene Permanentmagnete, bei denen eine Erwärmung dazu führt, dass ihr magnetisches Feld und damit die Effizienz der elektrischen Maschine reduziert wird. Zusätzlich zur effizienzsteigernden Kühlung dieser aktiven Komponenten ist es notwendig, insbesondere die hitzeempfindlichen Bauteile wie bspw. die elektrische Isolierung der Leiter der elektrischen Maschine durch geeignete Wärmeabführmaßnahmen entsprechend zu schützen, um eine Beschädigung und einen Ausfall der Maschine zu verhindern. Accordingly, high-power-density, electric motors are required for the aforementioned mobile applications, with higher demands on the cooling of the electrical machine being made with increasing power density. In the active components of the machine, d. H. In particular with the stator and / or rotor, a significant proportion of the heat arises, for example, within magnet coils of the stator winding due to the electrical resistance of the conductor and due to the skin effect. In addition, eddy current losses and magnetic hysteresis losses lead to additional heat development in the respective component of the electric machine. This leads to reduced performance. The same applies to permanent magnets possibly provided on the rotor, in which heating causes their magnetic field and thus the efficiency of the electric machine to be reduced. In addition to the efficiency-enhancing cooling of these active components, it is necessary to appropriately protect, in particular, the heat-sensitive components such as the electrical insulation of the conductors of the electric machine by suitable heat dissipation measures to prevent damage and failure of the machine.

Direkte konvektive Kühlung der zu kühlenden Komponente, bspw. der Leiter, mit Hilfe von flüssigen Kühlmedien erlaubt zwar eine hohe Effizienz, ist jedoch aufgrund des benötigten komplexen Designs und der vergleichsweise aufwändigen Wartung und Instandhaltung teuer. Desweiteren schlagen sich Kühlsysteme mit flüssigen Kühlmedien negativ auf das Gesamtgewicht der Anordnung nieder, was in der Folge zu einer reduzierten Leistungsdichte führt. Eine direkte konvektive Kühlung unter Ausnutzung der Umgebungsluft ist dagegen insbesondere bei mobilen Anwendungen aufgrund der ggf. hohen Luftfeuchtigkeit und wegen eventuell in der Umgebungsluft enthaltenen Fremdkörpern häufig nachteilig. Although direct convective cooling of the component to be cooled, for example the conductor, with the aid of liquid cooling media permits high efficiency, it is however expensive due to the complex design required and the comparatively complex maintenance and servicing. Furthermore, cooling systems with liquid cooling media adversely affect the overall weight of the assembly, resulting in reduced power density as a result. By contrast, direct convective cooling using the ambient air is frequently disadvantageous, in particular in mobile applications because of the possibly high humidity and because of foreign bodies possibly contained in the ambient air.

Für den Fall, dass die aktiven Komponenten der elektrischen Maschine nicht direkt konvektiv gekühlt werden, muss die dort entstehende Wärme bspw. unter Ausnutzung des Effekts der Wärmeleitung zu einer Wärmesenke abgeführt werden. Entsprechende Maschinendesigns mögen zwar aufgrund der weniger komplexen Ausführung deutlich leichter sowie auch robuster sein als die Maschinen mit direkter konvektiver Kühlung. Es ist jedoch nicht auszuschließen, dass die über einen durch verschiedene Bauteile der Maschine führenden Pfad zur Wärmesenke geleitete Wärme auf diesem Pfad u.a. wärmesensitive und ggf. schlecht wärmeleitende Bauteile passiert, was dort zu signifikanten und ggf. schädlichen Temperaturerhöhungen führt. Der genannte Pfad führt ausgehend von der die Wärme entwickelnden Komponente, bspw. ein Leiter einer Magnetspule, über die Isolierung des Leiters, eventuell vorhandene zusätzliche Papierisolierungen, nicht für die Wärmeleitung optimierte Bauteile sowie über ebenfalls nicht für die Wärmeleitung optimierte Übergänge zwischen Bauteilen. Gerade bei gekapselten elektrischen Maschinen ohne spezielle, integrierte Kühlvorrichtungen, wie sie auch in den einleitend genannten mobilen Anwendungen eingesetzt werden, muss also die Wärme über derartige Pfade mit einer Vielzahl von den Wärmefluss einschränkenden Eigenschaften abgeführt werden. Dies führt zu einer ggf. nicht ausreichenden Kühlwirkung. In the event that the active components of the electrical machine are not cooled directly convective, the resulting heat must, for example, be dissipated by utilizing the effect of heat conduction to a heat sink. Due to the less complex design, corresponding machine designs may be considerably lighter and also more robust than the machines with direct convective cooling. However, it can not be ruled out that the heat conducted via a path leading to the heat sink through various components of the machine can be broken down on this path and the like. heat-sensitive and possibly poorly heat-conductive components happens, which leads there to significant and possibly harmful increases in temperature. The said path leads from the heat-developing component, for example a conductor of a magnetic coil, over the insulation of the conductor, any existing additional paper insulation, not optimized for the heat conduction components and also not optimized for the heat conduction transitions between components. Especially with encapsulated electric machines without special, integrated cooling devices, as they are also used in the aforementioned mobile applications, so the heat must be removed via such paths with a variety of heat flow restricting properties. This leads to a possibly insufficient cooling effect.

Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine alternative Kühlmöglichkeit für eine elektrische Maschine anzugeben. It is therefore an object of the present invention to provide an alternative cooling option for an electrical machine.

Diese Aufgabe wird durch die in Anspruch 1 beschriebene elektrische Maschine gelöst. Die Unteransprüche beschreiben vorteilhafte Ausgestaltungen. This object is achieved by the electrical machine described in claim 1. The subclaims describe advantageous embodiments.

Die elektrische Maschine weist eine erste elektromagnetisch aktive Komponente auf, welche aus einer einen Stator und einen Rotor umfassenden Gruppe von aktiven Komponenten der elektrischen Maschine ausgewählt ist, sowie ein Kühlsystem zum Kühlen von zumindest einer der aktiven Komponenten. Die aktiven Komponenten sind zumindest im Betriebszustand der elektrischen Maschine relativ zueinander um eine Rotationsachse rotierbar. Der Stator umfasst ein erstes magnetisches Mittel umfasst, insbesondere ein Statorwicklungssystem, und der Rotor umfasst ein zweites magnetisches Mittel, insbesondere eine Permanentmagnetanordnung. Dabei sind das erste und das zweite magnetische Mittel derart ausgebildet und zueinander angeordnet, dass sie im Betriebszustand der elektrischen Maschine elektromagnetisch miteinander wechselwirken, so dass die elektrische Maschine je nach Betriebszustand als Elektromotor oder als Generator arbeitet. Dabei entsteht an den magnetischen Mitteln im Betriebszustand der elektrischen Maschine Wärme entsteht. The electric machine comprises a first electromagnetically active component selected from a group of active components of the electric machine comprising a stator and a rotor, and a cooling system for cooling at least one of the active components. The active components are at least in the operating state of the electric machine rotatable relative to each other about a rotation axis. The stator comprises a first magnetic means, in particular a stator winding system, and the rotor comprises a second magnetic means, in particular a permanent magnet arrangement. In this case, the first and the second magnetic means are designed and arranged relative to one another such that they interact electromagnetically with one another in the operating state of the electric machine, so that the electric machine operates as an electric motor or as a generator depending on the operating state. This creates heat generated at the magnetic means in the operating state of the electrical machine.

Das Kühlsystem weist eine Wärmerohranordnung mit zumindest einem ersten Wärmerohr mit einem thermischen Arbeitsmedium auf. Jedes erste Wärmerohr weist seinerseits eine Verdampfungssektion und eine Kondensationssektion auf, wobei die jeweilige Verdampfungssektion des ersten Wärmerohres thermisch mit der ausgewählten ersten elektromagnetisch aktiven Komponente und insbesondere direkt oder indirekt mit dem ersten bzw. zweiten magnetischen Mittel der ausgewählten ersten elektromagnetisch aktiven Komponente gekoppelt ist, während die jeweilige Kondensationssektion des ersten Wärmerohres mit einer Wärmesenkenanordnung thermisch koppelbar bzw. zumindest im Betriebszustand gekoppelt ist, so dass zumindest ein Teil der im Betriebszustand der elektrischen Maschine am magnetischen Mittel der ausgewählten ersten elektromagnetisch aktiven Komponente entstehenden Wärme über das erste Wärmerohr an die Wärmesenkenanordnung abführbar ist. The cooling system has a heat pipe arrangement with at least one first heat pipe with a thermal working medium. Each first heat pipe, in turn, has an evaporation section and a condensation section, wherein the respective evaporation section of the first heat pipe is thermally coupled to the selected first electromagnetically active component and in particular directly or indirectly to the first and second magnetic means of the selected first electromagnetically active component the respective condensation section of the first heat pipe is thermally coupled to a heat sink arrangement or coupled at least in the operating state, so that at least part of the heat generated in the operating state of the electrical machine on the magnetic means of the selected first electromagnetically active component heat can be dissipated via the first heat pipe to the heat sink assembly ,

Das der Erfindung zu Grunde liegende Konzept liegt demnach in der Verwendung von Wärmerohren, über die eine an einer jeweiligen aktiven Komponente entstehende Wärme an eine Wärmesenke abgeführt wird. Das vorgeschlagene Konzept macht es möglich, den einleitend erläuterten Pfad der Wärmeleitung zwischen der Wärmequelle und der Wärmesenke, welcher typischerweise über wenig wärmeleitfähige Bauteile und Übergänge zwischen Bauteilen der Maschine führt, zu überbrücken, ohne dass die Komplexität und das Gewicht der Anordnung, insbesondere im Vergleich mit einem System mit reiner Flüssigkeitskühlung, signifikant erhöht wird. The concept underlying the invention is therefore the use of heat pipes, via which a heat generated at a respective active component is dissipated to a heat sink. The proposed concept makes it possible to bridge the initially explained path of heat conduction between the heat source and the heat sink, which typically carries little thermally conductive components and junctions between components of the machine, without the complexity and weight of the assembly, especially in comparison with a system with pure liquid cooling, is significantly increased.

Ein Wärmerohr ist bekanntermaßen ein geschlossenes System, in dem ein thermisches Arbeitsmedium zirkulieren kann und dabei seinen Aggregatzustand zwischen einem gasförmigen und einem flüssigen Zustand ändert. Die Arbeitsweise eines Wärmerohres basiert demnach auf einer Zweiphasenkühlung, d. h. auf einer anerkanntermaßen vergleichsweise effizienten Kühlmethode, welche bspw. wesentlich effizienter als die reine konvektive Kühlung wirkt. Ein solches Wärmerohr weist eine Verdampfungssektion auf, welche thermisch mit einer zu kühlenden Komponente, bspw. in der hier vorgestellten Anwendung eine Statorwicklung oder ein Permanentmagnet, gekoppelt wird, so dass Wärme von der jeweiligen Komponente über die Verdampfungssektion in das Wärmerohr gelangen kann. Dieser Transfer von Wärme von der Komponente in das Wärmerohr bewirkt ein Verdampfen des thermischen Arbeitsmediums im Wärmerohr. Das verdampfte Arbeitsmedium gelangt im Wärmerohr zu einer Kondensationssektion des Wärmerohres, wo es wieder in den flüssigen Zustand übergeht, wobei Wärme an eine mit der Kondensationssektion thermisch gekoppelte Wärmesenke abgegeben wird. Das flüssige Arbeitsmedium gelangt über einen von der Realisierungsform des Wärmerohres abhängigen Mechanismus wieder zur Verdampfungssektion, wo der Kreislauf von neuem beginnt. Die Folge ist, dass die an die Verdampfungssektion gekoppelte Komponente gekühlt wird, wobei die entsprechende Wärmemenge zur Wärmesenke abgeführt wird. A heat pipe is known to be a closed system in which a thermal working medium can circulate, thereby changing its state of aggregation between a gaseous and a liquid state. The operation of a heat pipe is therefore based on a two-phase cooling, d. H. on a recognized comparatively efficient cooling method, which, for example, much more efficient than the pure convective cooling acts. Such a heat pipe has an evaporation section, which is thermally coupled to a component to be cooled, for example in the application presented here, a stator winding or a permanent magnet, so that heat from the respective component can reach the heat pipe via the evaporation section. This transfer of heat from the component into the heat pipe causes evaporation of the thermal working fluid in the heat pipe. The vaporized working fluid passes in the heat pipe to a condensation section of the heat pipe where it reverts to the liquid state, heat being dissipated to a heat sink thermally coupled to the condensation section. The liquid working medium passes through a dependent of the realization form of the heat pipe mechanism back to the evaporation section, where the cycle begins again. The result is that the coupled to the evaporation section component is cooled, the corresponding amount of heat is dissipated to the heat sink.

In einer ersten Ausprägung ist die ausgewählte erste elektromagnetisch aktive Komponente der Stator der elektrischen Maschine, d. h. das Kühlsystem ist im Wesentlichen eine Statorkühlung. In a first embodiment, the selected first electromagnetically active component is the stator of the electrical machine, i. H. The cooling system is essentially a stator cooling system.

Das das magnetische Mittel des Stators kann bspw. ein Statorwicklungssystem sein, welches eine oder eine Vielzahl von Statorwicklungen aufweist, welche entlang einer Umfangsrichtung des Stators gesehen hintereinander angeordnet sind. Vorzugsweise ist für jede Statorwicklung zumindest ein erstes Wärmerohr vorgesehen, wobei die Verdampfungssektion eines jeden ersten Wärmerohres thermisch mit der jeweiligen Statorwicklung gekoppelt ist. Es kann jedoch auch ausreichen, wenn nicht für jede einzelne Statorwicklung, sondern bspw. nur für jede zweite oder dritte Wicklung ein solches erstes Wärmerohr vorgesehen ist. The magnetic means of the stator may be, for example, a stator winding system having one or a plurality of stator windings arranged one behind the other along a circumferential direction of the stator. Preferably, at least one first heat pipe is provided for each stator winding, wherein the evaporation section of each first heat pipe is thermally coupled to the respective stator winding. However, it may also be sufficient if such a first heat pipe is not provided for each individual stator winding but, for example, only for every second or third winding.

In einer ersten Ausführungsform der Statorkühlung ist jedes erste Wärmerohr der Wärmerohranordnung derart angeordnet, dass es sich, wenn sich die elektrische Maschine in einer vorgegebenen Standardorientierung befindet, in einer ersten horizontalen Erstreckungsrichtung vom Stator weg erstreckt. Der Begriff der „Standardorientierung“ wird im Zusammenhang mit den Figuren definiert und näher erläutert. Darauf vorgreifend sei an dieser Stelle angemerkt, dass die Ausrichtung der Standardorientierung im Wesentlichen mit der Ausrichtung der Rotationsachse des Rotors zusammenhängt, wobei bspw. bei einem Helikopter die Standardorientierung vertikal sein wird, da die Rotationsachse vertikal ausgerichtet ist, während die Standardorientierung bei einem Flugzeug mit Propellerantrieb in der Regel horizontal sein wird. Der wesentliche Punkt beim Begriff der Standardortientierung ist lediglich, dass diese immer gleich ist, d. h. unabhängig von einer momentanen Orientierung der elektrischen Maschine, welche letztlich von einem momentanen Flugzustand des Luftfahrzeugs abhängt, in dem die Maschine installiert ist. In a first embodiment of stator cooling, each first heat pipe of the heat pipe assembly is arranged to extend away from the stator in a first horizontal extension direction when the electric machine is in a predetermined standard orientation. The term "standard orientation" is defined in connection with the figures and explained in more detail. In anticipation of this, it should be noted that the orientation of the standard orientation is substantially related to the orientation of the axis of rotation of the rotor, where, for example, in a helicopter the standard orientation will be vertical, since the axis of rotation is vertically aligned, while the standard orientation in an aircraft Propeller drive will usually be horizontal. The essential point of the term of the standard orientation is only that it is always the same, d. H. independent of a current orientation of the electric machine, which ultimately depends on a current flight condition of the aircraft in which the engine is installed.

Als Erstreckungsrichtung eines jeweiligen Wärmerohres wird hier und im Folgenden die Richtung von der Verdampfungssektion zur Kondensationssektion des jeweiligen Wärmerohres verstanden. The direction of extension of a respective heat pipe is understood here and below to be the direction from the evaporation section to the condensation section of the respective heat pipe.

Die ersten Wärmerohre erstrecken sich vorzugsweise, wenn sich die elektrische Maschine in der Standardorientierung befindet, in einer jeweiligen ersten horizontalen Richtung weg von der jeweiligen Statorwicklung, an die sie thermisch gekoppelt sind. Die erste horizontale Richtung kann bspw. parallel zur axialen Richtung der elektrischen Maschine orientiert sein. Dies gilt typischerweise für eine in einem Flugzeug eingebaute elektrische Maschine, weil dort die Rotationsachse des Elektromotors und des Propellers horizontal orientiert sind. Wenn der Elektromotor in einem Helikopter verbaut ist, kann die Rotationsachse vertikal orientiert sein. In diesem Fall wäre also die horizontale Richtung senkrecht zur axialen Richtung orientiert. The first heat pipes preferably extend, when the electric machine is in the standard orientation, in a respective first horizontal direction away from the respective stator winding to which they are thermally coupled. The first horizontal direction may, for example, be oriented parallel to the axial direction of the electric machine. This typically applies to an electric machine installed in an aircraft, because there the axis of rotation of the electric motor and of the propeller are oriented horizontally. If the electric motor is installed in a helicopter, the axis of rotation can be oriented vertically. In this case, therefore, the horizontal direction would be oriented perpendicular to the axial direction.

Die Wärmerohranordnung weist vorzugsweise für jedes erste Wärmerohr ein dem jeweiligen ersten Wärmerohr zugeordnetes weiteres Wärmerohr mit einer Verdampfungssektion und einer Kondensationssektion auf. Die Verdampfungssektion des jeweiligen weiteren Wärmerohres ist thermisch mit dem Stator und insbesondere direkt oder indirekt mit dem ersten magnetischen Mittel gekoppelt ist, so dass zumindest ein Teil der im Betriebszustand der elektrischen Maschine an dem ersten magnetischen Mittel entstehenden Wärme über das jeweilige weitere Wärmerohr an die Wärmesenkenanordnung abführbar ist. Dabei ist die Kondensationssektion des jeweiligen weiteren Wärmerohres mit der Wärmesenkenanordnung thermisch koppelbar. Das jeweilige weitere Wärmerohr ist derart angeordnet, dass es sich, wenn sich die elektrische Maschine in der vorgegebenen Standardorientierung befindet, in einer weiteren horizontalen Erstreckungsrichtung vom Stator weg erstreckt, wobei die erste und die weitere horizontale Erstreckungsrichtung zweier einander zugeordneter Wärmerohre einander entgegengesetzt sind. The heat pipe arrangement preferably has, for each first heat pipe, a further heat pipe associated with the respective first heat pipe, with an evaporation section and a condensation section. The evaporation section of the respective further heat pipe is thermally coupled to the stator and in particular directly or indirectly coupled to the first magnetic means, so that at least a portion of the heat generated in the operating state of the electric machine to the first magnetic means via the respective further heat pipe to the heat sink assembly is deductible. In this case, the condensation section of the respective further heat pipe can be thermally coupled to the heat sink arrangement. The respective further heat pipe is arranged such that, when the electric machine is in the predetermined standard orientation, it extends away from the stator in a further horizontal extension direction, the first and the further horizontal extension direction of two heat pipes assigned to one another being opposite to one another.

Das erste Wärmerohr und das antiparallele, weitere Wärmerohr bilden ein Wärmerohrpaar, wobei die beiden Wärmerohre eines jeweiligen Wärmerohrpaares vorzugsweise mit derselben Statorwicklung thermisch gekoppelt sind. The first heat pipe and the antiparallel, further heat pipe form a heat pipe pair, wherein the two heat pipes of a respective heat pipe pair are preferably thermally coupled to the same stator winding.

Für den Fall, dass nicht nur eines, sondern eine Vielzahl von ersten Wärmerohren vorgesehen ist, würde vorzugsweise für einige der ersten Wärmerohre, idealerweise jedoch für jedes erste Wärmerohr ein dem jeweiligen ersten Wärmerohr zugeordnetes weiteres Wärmerohr mit einer Verdampfungssektion und einer Kondensationssektion vorhanden sein, wobei jeweils ein weiteres Wärmerohr einem ersten Wärmerohr zugeordnet ist, so dass sie ein Wärmerohrpaar bilden. Vorzugsweise sind die beiden Wärmerohre eines Wärmerohrpaares mit derselben Statorwicklung thermisch gekoppelt. Desweiteren würde es sich dabei anbieten, dass je Statorwicklung ein Wärmerohrpaar vorgesehen ist. In the event that not only one, but a plurality of first heat pipes is provided, preferably for each of the first heat pipes, but ideally for each first heat pipe associated with the respective first heat pipe further heat pipe with an evaporation section and a condensation section would be present in each case a further heat pipe is assigned to a first heat pipe, so that they form a heat pipe pair. Preferably, the two heat pipes of a heat pipe pair are thermally coupled to the same stator winding. Furthermore, it would offer that each stator winding a heat pipe pair is provided.

Das Kühlkonzept der Statorkühlung verwendet also, vorzugsweise für jede Statorwicklung, antiparallel angeordnete erste und weitere Wärmerohre. Die antiparallele, in der Standardorientierung horizontale Anordnung von jeweils zwei Wärmerohren bewirkt, dass der Einfluss der Gravitation auf die Effizienz des jeweiligen Wärmerohres kompensiert wird. Sowohl im Steigflug als auch im Sinkflug sowie auch bei der Beschleunigung des Flugzeugs wirken gravitative Kräfte sowie Trägheitskräfte auf die Wärmerohre die die im jeweiligen Wärmerohr ablaufenden Prozesse je nach Wirkungsrichtung der Kraft unterstützend oder hemmend beeinflussen. Da mit der antiparallelen Anordnung zweier Wärmerohre auch die vorgesehenen Flussrichtungen der flüssigen Anteile der Arbeitsmedien in den beiden Wärmerohren antiparallel sind, werden die Einflüsse der genannten Kräfte kompensiert. Die beschriebene Anordnung bewirkt also, dass derartige negative Auswirkungen auf die Prozesse in einem Wärmerohr durch entsprechende positive Auswirkungen auf die Prozesse in einem antiparallel angeordneten Wärmerohr kompensiert werden, so dass die Kühlwirkung weitestgehend unabhängig von Ausrichtung bzw. Orientierung der Maschine und von Beschleunigungen etc. ist. The cooling concept of stator cooling therefore uses, for each stator winding, anti-parallel first and further heat pipes. The antiparallel, in the standard orientation horizontal arrangement of two heat pipes causes that the influence of gravity on the efficiency of the respective heat pipe is compensated. Both in ascent and descent and in the acceleration of the aircraft act gravitational forces and inertial forces on the heat pipes which influence the running in the respective heat pipe processes depending on the direction of action of the force supporting or inhibiting. Since with the antiparallel arrangement of two heat pipes and the intended flow directions of the liquid portions of the working media in the two heat pipes are antiparallel, the influences of said forces are compensated. The described arrangement thus causes such negative effects on the processes in a heat pipe to be compensated for by corresponding positive effects on the processes in an antiparallel arranged heat pipe, so that the cooling effect is largely independent of alignment or orientation of the machine and of accelerations, etc. ,

In einer zweiten Ausführungsform der Statorkühlung ist jedes erste Wärmerohr der Wärmerohranordnung derart angeordnet, dass sich, wenn sich die elektrische Maschine in einer vorgegebenen Standardorientierung befindet, der Ort der thermischen Kopplung seiner Kondensationssektion mit der Wärmesenkenanordnung unterhalb, insbesondere senkrecht unterhalb, des Ortes der thermischen Kopplung seiner Verdampfungssektion mit dem Stator befindet. Mit anderen Worten befindet sich also in der Standardorientierung der elektrischen Maschine die Kondensationssektion des ersten Wärmerohres unterhalb und insbesondere senkrecht unterhalb seiner Verdampfungssektion. In a second embodiment of stator cooling, each first heat pipe of the heat pipe assembly is arranged such that, when the electric machine is in a predetermined standard orientation, the location of the thermal coupling of its condensation section with the heat sink assembly below, in particular vertically below, the location of the thermal coupling its evaporation section is located with the stator. In other words, in the standard orientation of the electric machine, the condensation section of the first heat pipe is below and in particular vertically below its evaporation section.

Generell kann bei der Statorkühlung die Verdampfungssektion des ersten Wärmerohres mit Hilfe eines Verbinders mit einem keramischen, elektrisch isolierenden und wärmeleitenden Material mit dem Stator thermisch gekoppelt sein, um die thermische Kopplung zwischen der Verdampfungssektion des jeweiligen ersten Wärmerohres mit dem Stator zu realisieren. Als Material kann bspw. AlN (Aluminiumnitrid) oder Al2O3 (Aluminiumoxid) zum Einsatz kommen. Generally, in the stator cooling, the evaporation section of the first heat pipe may be thermally coupled to the stator by means of a connector having a ceramic, electrically insulating and heat conductive material to realize the thermal coupling between the evaporation section of the respective first heat pipe and the stator. For example, AlN (aluminum nitride) or Al 2 O 3 (aluminum oxide) can be used as the material.

In einer zweiten Ausprägung ist die ausgewählte erste elektromagnetisch aktive Komponente der Rotor der elektrischen Maschine, d. h. das Kühlsystem ist im Wesentlichen eine Rotorkühlung. Der Rotor ist drehfest mit einer Welle der elektrischen Maschine verbunden und jedes erste Wärmerohr ist seinerseits drehfest mit dem Rotor und/oder mit der Welle verbunden, so dass es bei Rotation des Rotors mitrotiert, so dass bei Rotation des Rotors und der Welle eine Zentrifugalkraft auf das im jeweiligen Wärmerohr befindliche thermische Arbeitsmedium des Wärmerohres wirkt. In a second embodiment, the selected first electromagnetically active component is the rotor of the electrical machine, i. H. the cooling system is essentially a rotor cooling. The rotor is non-rotatably connected to a shaft of the electric machine and each first heat pipe is in turn rotatably connected to the rotor and / or with the shaft so that it rotates with rotation of the rotor, so that upon rotation of the rotor and the shaft to a centrifugal force located in the respective heat pipe thermal working fluid of the heat pipe acts.

Das magnetische Mittel des Rotors weist eine Vielzahl von magnetfelderzeugenden Einheiten auf, welche entlang einer Umfangsrichtung des Rotors gesehen hintereinander angeordnet sind, wobei vorzugsweise jeder magnetfelderzeugenden Einheit zumindest ein erstes Wärmerohr zugeordnet ist. Dabei ist die Verdampfungssektion eines jeweiligen ersten Wärmerohres thermisch mit der jeweiligen zugeordneten magnetfelderzeugenden Einheit gekoppelt. Die magnetfelderzeugenden Einheiten können bspw. Permanentmagnete oder bestrombare Spulen sein. The magnetic means of the rotor has a plurality of magnetic field generating units, which are arranged one behind the other along a circumferential direction of the rotor, wherein preferably at least one first heat pipe is assigned to each magnetic field generating unit. In this case, the evaporation section of a respective first heat pipe is thermally coupled to the respective associated magnetic field generating unit. The magnetic field generating units may be, for example, permanent magnets or energizable coils.

Im Falle der Rotorkühlung ist jedes erste Wärmerohr derart angeordnet und ausgebildet, dass bei Rotation die Verdampfungssektion eines jeweiligen ersten Wärmerohres einen zum Rotor koaxialen Kreis CV und die Kondensationssektion eines jeweiligen ersten Wärmerohres einen zum Rotor koaxialen Kreis CK beschreibt. Dabei ist der Radius des Kreises CV größer als der Radius des Kreises CK und die Schnittpunkte der Kreise CK und CV mit der Rotationsachse sind axial voneinander beabstandet. In the case of rotor cooling, each first heat pipe is arranged and configured such that upon rotation the evaporation section of a respective first heat pipe describes a circle CV coaxial with the rotor and the condensation section of a respective first heat pipe describes a circle CK coaxial with the rotor. Here, the radius of the circle CV is greater than the radius of the circle CK and the intersections of the circles CK and CV with the axis of rotation are axially spaced from each other.

Diese Geometrie bedeutet, dass die bei Rotation auf das erste Wärmerohr und auf das darin befindliche thermische Arbeitsmedium wirkende Zentrifugalkraft eine Komponente aufweist, die das Arbeitsmedium von der Kondensationssektion in Richtung zur Verdampfungssektion befördert. This geometry means that the centrifugal force acting upon rotation on the first heat pipe and on the thermal working fluid therein has a component that carries the working fluid from the condensation section toward the evaporation section.

Insbesondere weist jedes erste Wärmerohr zumindest eine Zwischensektion auf, welche zwischen der Verdampfungssektion und der Kondensationssektion des jeweiligen ersten Wärmerohres liegt und welche vorgesehen ist, um zumindest im Betriebszustand der elektrischen Maschine das thermische Arbeitsmedium des jeweiligen ersten Wärmerohres in im Wesentlichen flüssiger Form von seiner Kondensationssektion zu seiner Verdampfungssektion zu führen. Dabei ist jedes erste Wärmerohr derart an der Welle angeordnet, dass zumindest ein Teil der Zwischensektion derart orientiert ist, dass sie einen Winkel A mit 0° < A < 90° mit der Rotationsachse einschließt, so dass dieser Teil der Zwischensektion bei Rotation des Rotors und der Welle und des ersten Wärmerohres einen Mantel eines gedachten symmetrischen Kegelstumpfes beschreibt. Der Winkel A kann bspw. 30° betragen, ist aber letztlich abhängig von den Betriebsbedingungen der elektrischen Maschine. In particular, each first heat pipe has at least one intermediate section which lies between the evaporation section and the condensation section of the respective first heat pipe and which is provided to at least in the operating state of the electric machine, the thermal working medium of the respective first heat pipe in substantially liquid form of its condensation section its evaporation section. In this case, each first heat pipe is arranged on the shaft such that at least a part of the intermediate section is oriented such that it encloses an angle A with 0 ° <A <90 ° with the axis of rotation, so that this part of the intermediate section upon rotation of the rotor and the shaft and the first heat pipe describes a mantle of an imaginary symmetrical truncated cone. The angle A may be, for example, 30 °, but ultimately depends on the operating conditions of the electric machine.

Das rotierende erste Wärmerohr rotiert demnach gemeinsam mit der Welle bzw. mit dem Rotor. Dadurch, dass die Zwischensektion Z einen Winkel von bspw. 30° mit der Rotationsachse einschließt, kann die Zentrifugalkraft bzw. die aus dem Winkel A resultierende Komponente der Kraft in Flussrichtung derart auf das flüssige Arbeitsmedium wirken, dass dieses von der Kondensationssektion zur Verdampfungssektion transportiert wird. Desweiteren wirkt die Zentrifugalkraft bzw. die entsprechende Komponente der Kraft derart, dass eine Vermischung der flüssigen und der gasförmigen Phase des Arbeitsmediums reduziert wird, so dass sich die Wärmeleitfähigkeit des Wärmerohres erhöht. The rotating first heat pipe therefore rotates together with the shaft or with the rotor. Because the intermediate section Z encloses an angle of, for example, 30 ° with the axis of rotation, the centrifugal force or the component of the force resulting from the angle A in the flow direction can act on the liquid working medium in such a way that it is transported from the condensation section to the evaporation section , Furthermore, the centrifugal force or the corresponding component of the force acts in such a way that a mixing of the liquid and the gaseous phase of the working medium is reduced, so that the heat conductivity of the heat pipe increases.

Die Wärmerohranordnung weist in einer ersten Ausführungsform der Rotorkühlung eine Vielzahl von ersten Wärmerohren auf, welche derart entlang eines Umfangs eines ersten gedachten, zum Rotor koaxialen Kreises C1 angeordnet sind, dass die Verdampfungssektionen der ersten Wärmerohre entlang eines Umfangs des Kreises CV angeordnet sind, die Kondensationssektionen der ersten Wärmerohre entlang eines Umfangs des Kreises CK angeordnet sind. The heat pipe assembly has, in a first embodiment of the rotor cooling, a plurality of first heat pipes arranged along a circumference of a first imaginary circle C1 coaxial with the rotor such that the evaporation sections of the first heat pipes are arranged along a circumference of the circle CV, the condensation sections the first heat pipes along a circumference of the circle CK are arranged.

Alternativ: Alternative:

Die Wärmerohranordnung weist in einer zweiten Ausführungsform der Rotorkühlung lediglich ein erstes Wärmerohr auf. Das erste Wärmerohr ist koaxial zum Rotor angeordnet und weist einen radial innen liegenden Bereich und einen radial außen liegenden Bereich auf. Der radial außen liegende Bereich des ersten Wärmerohres bildet zumindest einen Kanal, über den zumindest im Betriebszustand der elektrischen Maschine das thermische Arbeitsmedium des ersten Wärmerohres in im Wesentlichen flüssiger Form von der Kondensationssektion zur Verdampfungssektion geführt wird. Über den radial innen liegenden Bereich wird zumindest im Betriebszustand der elektrischen Maschine das thermische Arbeitsmedium des ersten Wärmerohres in im Wesentlichen gasförmigem Zustand von der Verdampfungssektion zur Kondensationssektion geführt. The heat pipe assembly has only a first heat pipe in a second embodiment of the rotor cooling. The first heat pipe is arranged coaxially with the rotor and has a radially inner region and a radially outer region. The radially outer region of the first heat pipe forms at least one channel, via which, at least in the operating state of the electric machine, the thermal working medium of the first heat pipe is guided in a substantially liquid form from the condensation section to the evaporation section. At least in the operating state of the electric machine, the thermal working medium of the first heat pipe is guided in a substantially gaseous state from the evaporation section to the condensation section via the radially inner region.

Vorteilhafterweise weist die Welle dabei zumindest in einem Teilbereich zwischen dem Ort der thermischen Kopplung der Verdampfungssektion des ersten Wärmerohres bzw. der Welle mit dem zweiten magnetischen Mittel und dem Ort der thermischen Kopplung der Kondensationssektion des ersten Wärmerohres bzw. der Welle mit der Wärmesenkenanordnung eine derartige Form auf, bspw. die Form eines Kegelstumpfes, dessen Symmetrieachse auf der Rotationsachse liegt, dass der Kanal zumindest teilweise einen Winkel A mit 0° < A < 90° mit der Rotationsachse einschließt. Advantageously, the shaft has such a shape at least in a partial region between the location of the thermal coupling of the evaporation section of the first heat pipe or the shaft with the second magnetic means and the location of the thermal coupling of the condensation section of the first heat pipe and the shaft with the heat sink arrangement on, for example, the shape of a truncated cone whose axis of symmetry lies on the axis of rotation, that the channel at least partially encloses an angle A with 0 ° <A <90 ° with the axis of rotation.

Die Welle und insbesondere ihr als erstes Wärmerohr ausgebildeter Teilbereich kann vorzugsweise hohl sein. Das soll insbesondere beinhalten, dass sich zwischen dem radial außen und dem radial innen liegenden Bereich keine Trennwand befindet. The shaft and in particular its part formed as a first heat pipe portion may preferably be hollow. This should in particular include that there is no partition wall between the radially outer and the radially inner region.

Alternativ zur Verwendung der Welle als Wärmerohr können das oder die dann separaten ersten Wärmerohre in der oben beschriebenen Form an der Welle befestigt sein, so dass sie ggf. mit ihr rotieren und insbesondere den geneigten Zwischenabschnitt aufweisen, so dass die Zentrifugalkraft auf das flüssige Arbeitsmedium wirkt. As an alternative to using the shaft as a heat pipe, the then separate first heat pipes may be fastened to the shaft in the above-described form, so that they may rotate with it, and in particular the inclined intermediate section so that the centrifugal force acts on the liquid working medium.

In der zweiten Ausführungsform der Rotorkühlung kann jeder Kanal durch eine rohrartige Leitung gebildet sein. In the second embodiment of the rotor cooling, each channel may be formed by a tubular conduit.

Alternativ kann in der zweiten Ausführungsform der Rotorkühlung jeder Kanal durch zwei in Umfangsrichtung der Welle gesehen hintereinander angeordnete, sich entlang der Längsausdehnung der Welle entlang einer Wand der Welle sowie in radialer Richtung erstreckende Leitbleche gebildet bzw. begrenzt sein. Im Unterschied zu der Variante mit rohrartigen Leitungen befindet sich in der Variante mit Leitblechen keine physikalische Trennung zwischen dem inneren Bereich und dem äußeren Bereich des ersten Wärmerohres. Alternatively, in the second embodiment of the rotor cooling system, each channel may be formed or delimited by two guide plates which are arranged one behind the other along the longitudinal extent of the shaft along a wall of the shaft and in the radial direction. In contrast to the variant with pipe-like lines is in the variant with baffles no physical separation between the inner region and the outer region of the first heat pipe.

Sowohl im Falle der Rotorkühlung als auch für die Statorkühlung kann die Wärmesenkenanordnung zumindest einen Wärmetauscher aufweisen. Der Wärmetauscher ist in einem von einem sekundären Kühlmedium, insbesondere Luft, durchströmbaren Raumbereich im Umfeld der elektrischen Maschine angeordnet. In einer vorteilhaften Anwendung ist die elektrische Maschine als Elektromotor konfiguriert in einer Gondel eines Propellerantriebs eines Luftfahrzeugs angeordnet ist, wobei die Gondel ein Kanalsystem zum Leiten von Umgebungsluft aufweist, in welches ein Luftstrom, insbesondere ein zumindest teilweise vom Propeller erzeugter Luftstrom, eingeleitet wird, und wobei der Wärmetauscher in dem Kanalsystem angeordnet ist. Vorzugsweise umfasst die Wärmesenkenanordnung eine Vielzahl von Wärmetauschern, welche an geeigneten Positionen im Kanalsystem angeordnet und mit jeweiligen Wärmerohren thermisch gekoppelt sind, um eine möglichst effiziente Kühlung des Stators bzw. des Rotors zu bewirken. Both in the case of rotor cooling and for stator cooling, the heat sink assembly may comprise at least one heat exchanger. The heat exchanger is arranged in a spatial region through which a secondary cooling medium, in particular air, can flow in the vicinity of the electrical machine. In an advantageous application, the electrical machine is configured as an electric motor in a nacelle of a propeller drive of an aircraft, the nacelle having a duct system for conducting ambient air into which an air flow, in particular an air flow generated at least partially by the propeller, is introduced, and wherein the heat exchanger is arranged in the channel system. Preferably, the heat sink assembly includes a plurality of heat exchangers disposed at suitable positions in the ducting system and thermally coupled to respective heat pipes to effect most efficient cooling of the stator or rotor.

Vorzugsweise ist das Kühlsystem derart ausgeprägt, dass sowohl der Stator als auch der Rotor jeweils mit Hilfe der oben beschriebenen Wärmerohranordnungen gekühlt werden. Es ist demnach eine zweite elektromagnetisch aktive Komponente der elektrischen Maschine derart aus der Gruppe von aktiven Komponenten ausgewählt, dass die erste und die zweite elektromagnetisch aktive Komponente unterschiedlich sind. Die Wärmerohranordnung des Kühlsystems weist zumindest ein zweites Wärmerohr mit einem thermischen Arbeitsmedium auf, wobei jedes zweite Wärmerohr eine Verdampfungssektion und eine Kondensationssektion aufweist, wobei die jeweilige Verdampfungssektion des zweiten Wärmerohres thermisch mit der ausgewählten zweiten elektromagnetisch aktiven Komponente und insbesondere direkt oder indirekt mit dem magnetischen Mittel der ausgewählten zweiten elektromagnetisch aktiven Komponente gekoppelt ist und die jeweilige Kondensationssektion des zweiten Wärmerohres mit der Wärmesenkenanordnung thermisch koppelbar bzw. zumindest im Betriebszustand gekoppelt ist, so dass zumindest ein Teil der im Betriebszustand der elektrischen Maschine am magnetischen Mittel der ausgewählten zweiten elektromagnetisch aktiven Komponente entstehenden Wärme über das zweiten Wärmerohr an die Wärmesenkenanordnung abführbar ist. Preferably, the cooling system is so pronounced that both the stator and the rotor are each cooled by means of the heat pipe arrangements described above. Thus, a second electromagnetically active component of the electrical machine is selected from the group of active components such that the first and second electromagnetically active components are different. The heat pipe assembly of the cooling system has at least a second heat pipe with a thermal working fluid, each second heat pipe having an evaporation section and a condensation section, wherein the respective evaporation section of the second heat pipe thermally couples with the selected second electromagnetically active component, and more particularly directly or indirectly with the magnetic means the selected second electromagnetically active component is coupled and the respective condensation section of the second heat pipe with the heat sink assembly is thermally coupled or at least coupled in the operating state, so that at least a portion of the heat generated in the operating state of the electric machine at the magnetic means of the selected second electromagnetically active component heat is dissipatable via the second heat pipe to the heat sink assembly.

In der bevorzugten Ausführung weist das Kühlsystem zumindest eines der oben beschriebenen Wärmerohrpaare auf, das mit dem Stator der Maschine in thermischem Kontakt ist, sowie ein rotierendes Wärmerohr zur Kühlung des Rotors. Die beiden Wärmerohre des Wärmerohrpaares des Stators sind horizontal und antiparallel zueinander angeordnet, wodurch erreicht wird, dass verschiedene, die Effizienz dieser beiden Wärmerohre beeinflussende Kraftwirkungen kompensiert werden. Das Wärmerohr des Rotors ist dagegen als mit dem Rotor mitrotierendes Wärmerohr ausgebildet, welches zudem eine konische Form aufweist. Dies führt dazu, dass bei Rotation die in flüssiger Form vorliegende Phase des Arbeitsmediums des Wärmerohres von der Kondensationssektion zur Verdampfungssektion transportiert wird. In the preferred embodiment, the cooling system includes at least one of the heat pipe pairs described above, which is in thermal contact with the stator of the engine, and a rotating heat pipe for cooling the rotor. The two heat pipes of the heat pipe pair of the stator are arranged horizontally and antiparallel to each other, whereby it is achieved that different, the efficiency of these two heat pipes influencing force effects are compensated. The heat pipe of the rotor, in contrast, is designed as a heat pipe co-rotating with the rotor, which also has a conical shape. As a result, during rotation, the liquid phase of the working medium of the heat pipe is transported from the condensation section to the evaporation section.

Weitere Vorteile und Ausführungsformen ergeben sich aus den Zeichnungen und der entsprechenden Beschreibung. Further advantages and embodiments will become apparent from the drawings and the corresponding description.

Im Folgenden werden die Erfindung und beispielhafte Ausführungsformen anhand von Zeichnungen näher erläutert. Gleiche Komponenten werden in verschiedenen Figuren durch gleiche Bezugszeichen gekennzeichnet. In the following the invention and exemplary embodiments will be explained in more detail with reference to drawings. Identical components are identified in different figures by the same reference numerals.

Es zeigen: Show it:

1 eine Gondel eines Flugzeugs mit einem Elektromotor und einer Rotorkühlung sowie mit einer Statorkühlung in einer ersten Ausführungsform, 1 a nacelle of an aircraft with an electric motor and a rotor cooling and with a stator cooling in a first embodiment,

2 die Gondel des Flugzeugs mit Elektromotor und Rotorkühlung sowie mit der Statorkühlung in einer zweiten Ausführungsform,. 2 the nacelle of the aircraft with electric motor and rotor cooling and with the stator cooling in a second embodiment,.

3 eine erste Ausführungsform einer Rotorkühlung, 3 a first embodiment of a rotor cooling,

4 einen Querschnitt einer ersten Variante der ersten Ausführungsform der Rotorkühlung, 4 a cross section of a first variant of the first embodiment of the rotor cooling,

5 einen Querschnitt einer zweiten Variante der ersten Ausführungsform der Rotorkühlung, 5 a cross section of a second variant of the first embodiment of the rotor cooling,

6 eine zweite Ausführungsform einer Rotorkühlung, 6 a second embodiment of a rotor cooling,

7 eine Variante der ersten Ausführungsform der Rotorkühlung. 7 a variant of the first embodiment of the rotor cooling.

Es sei angemerkt, dass sich Begriffe wie „axial“ und „radial“ auf die in der jeweiligen Figur bzw. im jeweils beschriebenen Beispiel zum Einsatz kommende Welle bzw. Achse beziehen. Mit anderen Worten beziehen sich die Richtungen axial und radial stets auf eine Drehachse des Läufers. It should be noted that terms such as "axial" and "radial" refer to the shaft or axle used in the respective figure or in the example described in each case. In other words, the directions always relate axially and radially to an axis of rotation of the rotor.

Begriffe wie „oben“, „unten“, „oberhalb“, „unterhalb“ etc. beziehen sich auf die Richtung der Gravitationswirkung, die in den Figuren wo nötig mit einem mit „g“ gekennzeichneten Pfeil symbolisiert ist. Ein „oben“ befindlicher Gegenstand befindet sich also in größerer Entfernung von der Erdoberfläche, als ein „unten“ befindlicher Gegenstand. Analog beziehen sich auch die Begriffe „vertikal“ und „horizontal“ auf die Richtung der Gravitationswirkung. Terms such as "top", "bottom", "above", "below" etc. refer to the direction of the gravitational effect, which is symbolized in the figures where necessary with an arrow marked "g". An object located "above" is therefore located at a greater distance from the earth's surface than an object "below". Analogously, the terms "vertical" and "horizontal" refer to the direction of the gravitational effect.

Schließlich bezeichnet der Begriff „Standardorientierung“ der elektrischen Maschine und insbesondere des Rotors und des Stators der elektrischen Maschine diejenige Orientierung, in der die elektrische Maschine ausgerichtet ist, wenn sie oder das Gesamtsystem, in dem sie installiert ist, nicht in Betrieb ist, bspw. beim oder unmittelbar nach der Installation der Maschine in das Gesamtsystem. Dabei ist die Standardorientierung in der Regel horizontal oder vertikal und kann bspw. mit Hilfe der Orientierung der Rotationsachse des Rotors definiert werden. Bei horizontaler bzw. vertikaler Ausrichtung der Rotationsachse ist die Standardorientierung dementsprechend im Wesentlichen horizontal bzw. vertikal. Die Standardorientierung kann sich von einer momentanen Orientierung der elektrischen Maschine unterscheiden, bspw. wenn die elektrische Maschine in einem Flugzeug installiert ist. Während sich zwar bspw. im Kurven-, Steig- oder Sinkflug die momentane Orientierung der fest im Flugzeug installierten elektrischen Maschine ändert, bleibt die definierte Standardorientierung unbeeinflusst. In diesem Fall kann die Standardorientierung bspw. die Orientierung der elektrischen Maschine bzw. der Rotationsachse sein, wenn das Flugzeug unbewegt am Boden steht. Dabei wird vernachlässigt, dass ein Flugzeug bzw. dessen Längsachse häufig, wenn das Flugzeug unbewegt am Boden steht oder lediglich am Boden fährt, leicht gegenüber der Horizontalen geneigt ist. Finally, the term "standard orientation" of the electric machine and in particular of the rotor and the stator of the electric machine designates the orientation in which the electric machine is aligned when it or the entire system in which it is installed is not in operation, for example. during or immediately after installation of the machine in the overall system. The standard orientation is usually horizontal or vertical and can be defined, for example, with the aid of the orientation of the axis of rotation of the rotor. Accordingly, with horizontal or vertical orientation of the axis of rotation, the standard orientation is substantially horizontal or vertical. The standard orientation may differ from a current orientation of the electric machine, for example when the electric machine is installed in an aircraft. While, for example, the current orientation of the electric machine permanently installed in the aircraft changes when cornering, climbing or descending, the defined standard orientation remains unaffected. In this case, the standard orientation may, for example, be the orientation of the electric machine or the axis of rotation when the aircraft is stationary on the ground. It is neglected that an aircraft or its longitudinal axis is often inclined when the plane is stationary on the ground or only on the ground, slightly inclined to the horizontal.

Vorzugsweise ist die Standardorientierung diejenige Orientierung, in der sich die elektrische Maschine während eines typischen Fluges und bei normaler Benutzung überwiegend befindet. Erfahrungsgemäß ist dies beim einem Flugzeug eine horizontale Orientierung und bei einem Helikopter eine vertikale Orientierung. Preferably, the standard orientation is that orientation in which the electric machine is predominantly located during a typical flight and during normal use. Experience shows that this is a horizontal orientation for an aircraft and a vertical orientation for a helicopter.

Im Folgenden wird bei allen Figuren davon ausgegangen, dass sich die elektrische Maschine jeweils in der Standardorientierung befindet, auch wenn dies im Zusammenhang mit der jeweiligen Figur evtl. nicht explizit erwähnt wird. In the following it is assumed in all figures that the electrical machine is in the standard orientation, even if this is not explicitly mentioned in connection with the respective figure.

Die 1 zeigt exemplarisch und vereinfacht einen Querschnitt eines Teils einer Gondel 10 eines nicht weiter dargestellten Flugzeugs. Die Gondel 10 weist einen Propeller 11 auf, der mit Hilfe einer Welle 130 in Rotation versetzt wird. In der Gondel 10 ist desweiteren ein Kanalsystem 12 ausgebildet, welches von Umgebungsluft durchströmt werden kann. Insbesondere sind der Propeller 11 und das Kanalsystem 12 derart ausgebildet und zueinander angeordnet, dass ein durch Rotation des Propellers 11 erzeugter Luftstrom 13 zumindest teilweise in das Kanalsystem 12 gelangt und dieses durchströmt. Das Kanalsystem 12 kann auch derart an der Gondel 10 angeordnet sein, dass der Luftstrom 13 im Kanalsystem 12 zumindest teilweise aufgrund einer Bewegung des Flugzeugs relativ zur umgebenden Luft erzeugt wird, d. h. quasi als Fahrtwind. The 1 shows by way of example and simplified a cross section of a part of a nacelle 10 a not further shown aircraft. The gondola 10 has a propeller 11 on, with the help of a wave 130 is set in rotation. In the gondola 10 is also a channel system 12 formed, which can be flowed through by ambient air. In particular, the propeller 11 and the channel system 12 designed and arranged to one another such that a by rotation of the propeller 11 generated airflow 13 at least partially into the sewer system 12 passes and flows through this. The channel system 12 can also be at the gondola 10 be arranged that the airflow 13 in the canal system 12 is at least partially generated due to movement of the aircraft relative to the surrounding air, ie, as a kind of wind.

Der Propeller 11 bzw. die Welle 130 wird durch eine als Elektromotor ausgebildete elektrische Maschine 100 angetrieben. Es sei erwähnt, dass die elektrische Maschine 100 in ähnlichem Aufbau grundsätzlich auch als Generator betrieben werden kann. Weiterhin sei angemerkt, dass der Aufbau der im Folgenden beschriebenen Maschine rein exemplarisch ist. Es kann als bekannt vorausgesetzt werden, dass je nach Ausbildung der elektrischen Maschine als Generator oder als Elektromotor und/oder als bspw. Radial- oder Axialflussmaschine mit einem als Innen- oder auch als Außenläufer ausgebildeten Rotor etc. die verschiedenen Komponenten der Maschine unterschiedlich angeordnet sein können. The propeller 11 or the wave 130 is formed by an electric motor designed as an electric motor 100 driven. It should be noted that the electric machine 100 basically can be operated as a generator in a similar structure. It should also be noted that the structure of the machine described below is purely exemplary. It can be assumed as known that depending on the design of the electric machine as a generator or as an electric motor and / or as, for example. Radial or axial flow machine with a formed as an internal or external rotor rotor, etc., the various components of the machine may be arranged differently can.

Der Elektromotor 100 weist einen Stator 110 sowie einen als Innenläufer ausgebildeten Rotor 120 auf, wobei der Rotor 120 innerhalb des Stators 110 angeordnet ist und im Betriebszustand der elektrischen Maschine 100 um eine Rotationsachse R rotiert. Der Rotor 120 ist drehfest mit der Welle 130 verbunden, so dass eine Rotation des Rotors 120 über die Welle 130 auf den Propeller 11 des Flugzeugs übertragbar ist. The electric motor 100 has a stator 110 and a rotor formed as an inner rotor 120 on, with the rotor 120 inside the stator 110 is arranged and in the operating state of the electrical machine 100 rotated about a rotation axis R. The rotor 120 is rotatable with the shaft 130 connected, leaving a rotation of the rotor 120 over the wave 130 on the propeller 11 of the aircraft is transferable.

Der Stator 110 weist ein erstes magnetisches Mittel 111 auf, welches bspw. eine Vielzahl von Statorwicklungen umfassen kann. Jede der Wicklungen 111 wird durch einen elektrischen Leiter gebildet, der im Betriebszustand der elektrischen Maschine 100 von einem elektrischen Strom durchflossen wird, so dass magnetische Felder generiert werden. Die Statorwicklungen 111 sind in einer Umfangsrichtung des Stators 110 gesehen hintereinander angeordnet. The stator 110 has a first magnetic means 111 which may, for example, include a plurality of stator windings. Each of the windings 111 is formed by an electrical conductor, which is in the operating state of the electric machine 100 an electric current flows through it, so that magnetic fields are generated. The stator windings 111 are in a circumferential direction of the stator 110 seen consecutively.

Der Rotor 120 weist ein zweites magnetisches Mittel 121 auf, welches bspw. eine Vielzahl von Permanentmagneten oder erregte bzw. erregbare Wicklungen umfassen kann. Im Folgenden wird exemplarisch angenommen, dass es sich um Permanentmagnete 121 handelt. Die Permanentmagnete 121 sind in einer Umfangsrichtung des Rotors 120 gesehen hintereinander angeordnet. The rotor 120 has a second magnetic means 121 on which, for example, a plurality of permanent magnets or excited or can include excitable windings. In the following, it is assumed by way of example that they are permanent magnets 121 is. The permanent magnets 121 are in a circumferential direction of the rotor 120 seen consecutively.

Das erste und das zweite magnetische Mittel 111, 121 bzw. die Statorwicklungen 111 und die Permanentmagnete 121 sind derart ausgebildet und zueinander angeordnet, dass sie im Betriebszustand der elektrischen Maschine 100 elektromagnetisch miteinander wechselwirken, so dass die Maschine 100 je nach Konfiguration als Elektromotor oder als Generator arbeitet. Dieses Konzept einschließlich der Bedingungen für die Ausbildung und Anordnung der magnetischen Mittel 111, 121 bzw. von Stator 110 und Rotor 120 sind an sich bekannt und werden daher im Folgenden nicht näher erläutert. Es sei lediglich erwähnt, dass zum Betreiben der elektrischen Maschine 100 als Elektromotor die Statorwicklungen 111 mit Hilfe einer nicht dargestellten Stromquelle mit einem elektrischen Strom beaufschlagt werden, der bewirkt, dass die Wicklungen 111 dementsprechende Magnetfelder erzeugen, welche mit den Magnetfeldern der Permanentmagnete 121 des Rotors 120 in elektromagnetische Wechselwirkung treten. Dies resultiert bekanntermaßen darin, dass bei geeigneter Ausbildung und Anordnung der genannten Komponenten zueinander der Rotor 120 und mit ihm die Welle 130 sowie der Propeller 11 in Rotation versetzt werden. The first and the second magnetic means 111 . 121 or the stator windings 111 and the permanent magnets 121 are formed and arranged to each other that they are in the operating state of the electrical machine 100 electromagnetically interact with each other, so that the machine 100 depending on the configuration works as an electric motor or as a generator. This concept including the conditions for the formation and arrangement of the magnetic means 111 . 121 or from Stator 110 and rotor 120 are known per se and are therefore not explained in detail below. It is merely mentioned that for operating the electric machine 100 as an electric motor, the stator windings 111 be subjected to an electric current by means of a power source, not shown, which causes the windings 111 generate corresponding magnetic fields, which with the magnetic fields of the permanent magnets 121 of the rotor 120 in electromagnetic interaction. As is known, this results in that, with suitable design and arrangement of said components relative to one another, the rotor 120 and with it the wave 130 as well as the propeller 11 be set in rotation.

Im Betriebszustand der elektrischen Maschine 100 wird sowohl an den Statorwicklungen 111 als auch an den Permanentmagneten 121 Wärme entstehen. Die elektrische Maschine 100 weist daher ein Kühlsystem 140 zum Kühlen des Stators 110 und/oder des Rotors 120 bzw. zum Kühlen des jeweiligen magnetischen Mittels 111 bzw. 121. In the operating state of the electric machine 100 is applied both to the stator windings 111 as well as the permanent magnet 121 Heat is generated. The electric machine 100 therefore has a cooling system 140 for cooling the stator 110 and / or the rotor 120 or for cooling the respective magnetic means 111 respectively. 121 ,

In einer ersten Ausführungsform einer Statorkühlung weist das Kühlsystem 140 zum Kühlen des Stators 110 und der Statorwicklungen 111 eine Wärmerohranordnung mit zumindest einem ersten Wärmerohr 141 mit einer Verdampungssektion V und einer Kondensationssektion K auf, dessen Verdampfungsssektion V thermisch mit einer Statorwicklung 111 gekoppelt ist. Zwar ist aufgrund der typischerweise hohen Wärmeleitfähigkeit der für derartige Statorwicklungen 111 verwendeten elektrischen Leiter davon auszugehen, dass es bei Verwendung von nur einem Wärmerohr 141 zu einer ausreichenden Homogenisierung der Wärmeverteilung in den Statorwicklungen 111 kommt, doch ist vorzugsweise nicht nur eine, sondern jede Statorwicklung 111 mit zumindest einem ersten Wärmerohr 141 thermisch gekoppelt. In der in 1 dargestellten Ausführung weist die Wärmerohranordnung in Erweiterung dieses Grundgedankens für jede Statorwicklung 111 zwei derartige erste Wärmerohre 141 auf, welche radial voneinander beabstandet an der jeweiligen Statorwicklung 111 angeordnet sind. In a first embodiment of a stator cooling system, the cooling system 140 for cooling the stator 110 and the stator windings 111 a heat pipe assembly having at least a first heat pipe 141 with an evaporation section V and a condensation section K, whose evaporation section V is thermally connected to a stator winding 111 is coupled. Although due to the typically high thermal conductivity of such stator windings 111 electrical conductors used assume that it is using only one heat pipe 141 to a sufficient homogenization of the heat distribution in the stator windings 111 comes, but is preferably not just one, but each stator winding 111 with at least a first heat pipe 141 thermally coupled. In the in 1 illustrated embodiment, the heat pipe assembly in extension of this basic idea for each stator winding 111 two such first heat pipes 141 which are radially spaced from each other at the respective stator winding 111 are arranged.

Bevorzugt weist die Wärmerohranordnung in der ersten Ausführungsform der Statorkühlung zumindest ein weiteres Wärmerohr 142 auf, welches ebenfalls eine Verdampungssektion V und eine Kondensationssektion K aufweist, wobei die Verdampungssektion V des weiteren Wärmerohres 142 ebenfalls thermisch mit einer der Statorwicklungen 111 gekoppelt ist. Vorzugsweise ist jedoch auch hier nicht nur eine, sondern jede Statorwicklung 111 mit zumindest einem weiteren Wärmerohr 142 thermisch gekoppelt. In der in 1 dargestellten Ausführung weist die Wärmerohranordnung in Erweiterung dieses Grundgedankens für jede Statorwicklung 111 zwei derartige weitere Wärmerohre 142 auf, welche ebenfalls radial voneinander beabstandet angeordnet sein können. Preferably, the heat pipe arrangement in the first embodiment of the stator cooling at least one further heat pipe 142 which also has an evaporation section V and a condensation section K, the evaporation section V of the further heat pipe 142 also thermally with one of the stator windings 111 is coupled. Preferably, however, not only one but each stator winding is also here 111 with at least one other heat pipe 142 thermally coupled. In the in 1 illustrated embodiment, the heat pipe assembly in extension of this basic idea for each stator winding 111 two such further heat pipes 142 on, which may also be arranged radially spaced from each other.

Die thermische Kopplung der ersten und der weiteren Wärmerohre 141, 142 bzw. deren Verdampfungssektionen V an die jeweilige Statorwicklung 111 erfolgt mit Hilfe von Verbindern 149. Die Verbinder 149 weisen idealerweise ein keramisches Material auf, welches elektrisch isolierendend und insbesondere wärmeleitend ist. Geeignete Materialien sind bspw. AlN (Aluminiumnitrid) oder Al2O3 (Aluminiumoxid). Die Verbinder 149 sind in direktem thermischen Kontakt mit den Statorwicklungen 111 sowie mit der Verdampfungssektion V des jeweiligen ersten und weiteren Wärmerohres 141, 142, an das sie thermisch gekoppelt sind. The thermal coupling of the first and the other heat pipes 141 . 142 or their evaporation sections V to the respective stator winding 111 done with the help of connectors 149 , The connectors 149 have ideally a ceramic material which is electrically insulating and in particular thermally conductive. Suitable materials are, for example, AlN (aluminum nitride) or Al 2 O 3 (aluminum oxide). The connectors 149 are in direct thermal contact with the stator windings 111 and with the evaporation section V of the respective first and further heat pipe 141 . 142 to which they are thermally coupled.

Die Kondensationssektionen K der ersten Wärmerohre 141 sind thermisch mit ersten Wärmetauschern 151 einer Wärmesenkenanordnung 150 gekoppelt, so dass zumindest ein Teil der Wärme, die vom jeweiligen ersten Wärmerohr 141 über seine Verdampfungssektion V von der Statorwicklung 111 aufgenommen wurde, über die Kondensationssektionen K an die Wärmesenkenanordnung 150 bzw. an den ersten Wärmetauscher 151 abgeführt werden kann. Analog sind die Kondensationssektionen K der weiteren Wärmerohre 142 thermisch mit weiteren Wärmetauschern 152 der Wärmesenkenanordnung 150 gekoppelt, so dass zumindest ein Teil der Wärme, die vom jeweiligen weiteren Wärmerohr 142 über seine Verdampfungssektion V von der Statorwicklung 111 aufgenommen wurde, über die Kondensationssektionen K an die Wärmesenkenanordnung 150 bzw. an den weiteren Wärmetauscher 152 abgeführt werden kann. Wie einleitend erwähnt kondensiert dabei das Arbeitsmedium im jeweiligen Wärmerohr 141, 142 und gelangt wieder zur Verdampfungssektion V. Die Wärmetauscher 151, 152 können als Plattenwärmetauscher ausgebildet und im Kanalsystem 12 der Gondel 10 angeordnet sein, so dass sie vom typischerweise kühlen Luftstrom 13 im Kanalsystem 12 umströmt und dementsprechend gekühlt werden. The condensation sections K of the first heat pipes 141 are thermal with first heat exchangers 151 a heat sink assembly 150 coupled so that at least part of the heat from the respective first heat pipe 141 via its evaporation section V from the stator winding 111 was received, via the condensation sections K to the heat sink assembly 150 or to the first heat exchanger 151 can be dissipated. Analogously, the condensation sections K of the further heat pipes 142 thermally with other heat exchangers 152 the heat sink assembly 150 coupled so that at least part of the heat from each other's heat pipe 142 via its evaporation section V from the stator winding 111 was received, via the condensation sections K to the heat sink assembly 150 or to the other heat exchanger 152 can be dissipated. As mentioned in the introduction, the working fluid condenses in the respective heat pipe 141 . 142 and returns to the evaporation section V. The heat exchanger 151 . 152 can be designed as a plate heat exchanger and in the duct system 12 the gondola 10 be arranged so that they are from the typically cool airflow 13 in the channel system 12 flows around and cooled accordingly.

Die ersten Wärmerohre 141 sind in der ersten Ausführungsform der Statorkühlung vorzugsweise derart angeordnet, dass sie sich in der Standardorientierung der elektrischen Maschine 100 jeweils in einer ersten horizontalen, axialen Erstreckungsrichtung vom Stator 110 bzw. von der jeweiligen Statorwicklung 111 weg erstrecken. Dabei wird als Erstreckungsrichtung eines jeweiligen Wärmerohres 141, 142 die Richtung von der Verdampfungssektion V zur Kondensationssektion K des jeweiligen Wärmerohres 141, 142 verstanden. Die Verdampungssektion V und die Kondensationssektion K eines jeweiligen Wärmerohres 141 sind also in axialer Richtung voneinander beabstandet. The first heat pipes 141 For example, in the first embodiment of stator cooling, they are preferably arranged to be in the standard orientation of the electric machine 100 each in a first horizontal, axial extension direction from the stator 110 or of the respective stator winding 111 extend away. It is used as extension direction of a respective heat pipe 141 . 142 the direction from the evaporation section V to the condensation section K of the respective heat pipe 141 . 142 Understood. The evaporation section V and the condensation section K of a respective heat pipe 141 are therefore spaced apart in the axial direction.

Die weiteren Wärmerohre 142 sind ihrerseits derart angeordnet, dass sie sich, wenn sich die elektrische Maschine 100 in der vorgegebenen Standardorientierung befindet, in einer weiteren horizontalen, axialen Erstreckungsrichtung vom Stator 110 weg erstrecken. Dabei gilt insbesondere, dass die erste und die weitere horizontale Richtung der Erstreckung einander entgegengesetzt bzw. antiparallel zueinander sind. The other heat pipes 142 For their part, they are arranged in such a way that they move when the electric machine 100 is in the predetermined standard orientation, in a further horizontal, axial extension direction from the stator 110 extend away. It is particularly true that the first and the further horizontal direction of the extension are mutually opposed or antiparallel to each other.

Das Kühlkonzept der ersten Ausführungsform der Statorkühlung verwendet also für jede Statorwicklung 111 antiparallel angeordnete erste und weitere Wärmerohre 141, 142. Die antiparallele, in der Standardorientierung horizontale Anordnung von jeweils zwei Wärmerohren 141, 142 bewirkt, dass der Einfluss der Gravitation auf die Effizienz des jeweiligen Wärmerohres kompensiert wird. Sowohl im Steigflug als auch im Sinkflug sowie auch bei der Beschleunigung des Flugzeugs wirken gravitative Kräfte sowie Trägheitskräfte auf die Wärmerohre 141, 142, die die im jeweiligen Wärmerohr 141, 142 ablaufenden Prozesse je nach Wirkungsrichtung der Kraft positiv oder negativ beeinflussen. So werden die Prozesse und damit der Wirkungsgrad eines Wärmerohres 141, 142 insbesondere dann negativ beeinflusst, wenn die Wirkungsrichtung der Kraft entgegen der durch Anordnung von Verdampfungssektion V und Kondensationssektion K definierten Flussrichtung des flüssigen Arbeitsmediums orientiert ist. Da mit der antiparallelen Anordnung zweier Wärmerohre 141, 142 auch die vorgesehenen Flussrichtungen der flüssigen Arbeitsmedien in den beiden Wärmerohren 141, 142 antiparallel sind, werden die Einflüsse der genannten Kräfte kompensiert. Die beschriebene Anordnung bewirkt also, dass derartige negative Auswirkungen auf die Prozesse in einem Wärmerohr 141, 142 durch entsprechende positive Auswirkungen auf die Prozesse in einem antiparallel angeordneten Wärmerohr 142, 141 kompensiert werden. The cooling concept of the first embodiment of the stator cooling thus used for each stator winding 111 antiparallel arranged first and further heat pipes 141 . 142 , The antiparallel, in the standard orientation horizontal arrangement of two heat pipes 141 . 142 causes the influence of gravity on the efficiency of the respective heat pipe to be compensated. Both in ascent and descent and in the acceleration of the aircraft gravitational forces and inertial forces act on the heat pipes 141 . 142 that in each heat pipe 141 . 142 depending on the direction of action of the force positive or negative influence. This is how the processes and thus the efficiency of a heat pipe become 141 . 142 In particular, it is adversely affected when the direction of action of the force is oriented counter to the direction of flow of the liquid working medium defined by the arrangement of evaporation section V and condensation section K. Because with the antiparallel arrangement of two heat pipes 141 . 142 also the intended flow directions of the liquid working media in the two heat pipes 141 . 142 are antiparallel, the influences of these forces are compensated. The described arrangement thus causes such negative effects on the processes in a heat pipe 141 . 142 by corresponding positive effects on the processes in an antiparallel arranged heat pipe 142 . 141 be compensated.

Eine zweite Ausführungsform der Statorkühlung, welche in der 2 dargestellt ist, unterscheidet sich von der ersten Ausführungsform insbesondere in der Anordnung der Wärmerohre der Wärmerohranordnung. A second embodiment of the stator cooling, which in the 2 is different from the first embodiment, in particular in the arrangement of the heat pipes of the heat pipe assembly.

Auch in der zweiten Ausführungsform der Statorkühlung weist das Kühlsystem 140 zum Kühlen des Stators 110 und der Statorwicklungen 111 eine Wärmerohranordnung mit zumindest einem ersten Wärmerohr 141 mit einer Verdampungssektion V und einer Kondensationssektion K auf, dessen Verdampfungsssektion V thermisch mit einer Statorwicklung 111 gekoppelt ist. Zwar ist auch hier aufgrund der typischerweise hohen Wärmeleitfähigkeit der für derartige Statorwicklungen 111 verwendeten elektrischen Leiter davon auszugehen, dass es bei Verwendung von nur einem Wärmerohr 141 zu einer ausreichenden Homogenisierung der Wärmeverteilung in den Statorwicklungen 111 kommt, doch ist vorzugsweise nicht nur eine, sondern jede Statorwicklung 111 mit zumindest einem ersten Wärmerohr 141 thermisch gekoppelt, wobei wiederum die bereits beschriebenen Verbinder 149 Verwendung finden. Also in the second embodiment of the stator cooling, the cooling system 140 for cooling the stator 110 and the stator windings 111 a heat pipe assembly having at least a first heat pipe 141 with an evaporation section V and a condensation section K, whose evaporation section V is thermally connected to a stator winding 111 is coupled. Although this is due to the typically high thermal conductivity for such stator windings 111 electrical conductors used assume that it is using only one heat pipe 141 to a sufficient homogenization of the heat distribution in the stator windings 111 comes, but is preferably not just one, but each stator winding 111 with at least a first heat pipe 141 thermally coupled, again the already described connector 149 Find use.

Die Kondensationssektionen K der ersten Wärmerohre 141 sind wiederum thermisch mit ersten Wärmetauschern 151 der Wärmesenkenanordnung 150 gekoppelt, so dass zumindest ein Teil der Wärme, die vom jeweiligen ersten Wärmerohr 141 über seine Verdampfungssektion V von der Statorwicklung 111 aufgenommen wurde, über die Kondensationssektionen K an die Wärmesenkenanordnung 150 bzw. an den ersten Wärmetauscher 151 abgeführt werden kann. Die bspw. als Plattenwärmetauscher ausgebildeten Wärmetauscher 151 können im Kanalsystem 12 der Gondel 10 angeordnet sein, so dass sie vom typischerweise kühlen Luftstrom 13 im Kanalsystem 12 umströmt und dementsprechend gekühlt werden. The condensation sections K of the first heat pipes 141 are in turn thermal with first heat exchangers 151 the heat sink assembly 150 coupled so that at least part of the heat from the respective first heat pipe 141 via its evaporation section V from the stator winding 111 was received, via the condensation sections K to the heat sink assembly 150 or to the first heat exchanger 151 can be dissipated. The example. Designed as a plate heat exchanger heat exchanger 151 can in the channel system 12 the gondola 10 be arranged so that they are from the typically cool airflow 13 in the canal system 12 flows around and cooled accordingly.

Im Unterschied zur ersten Ausführungsform der Statorkühlung erstrecken sich die ersten Wärmerohre 141 jedoch, wenn sich die elektrische Maschine 100 in der Standardorientierung befindet, in vertikaler Richtung vom Ort der thermischen Kopplung der Verdampfungssektion K mit der Statorwicklung 111 zum Wärmetauscher 151, d. h. die Wärmerohre 141 sind derart angeordnet, dass sich die Verdampfungssektion V eines jeweiligen Wärmerohres 141 oberhalb seiner Kondensationssektion K befindet. Dementsprechend ist der Wärmetauscher 151 unterhalb des Stators 110 angeordnet. In contrast to the first embodiment of the stator cooling, the first heat pipes extend 141 however, if the electric machine 100 in the standard orientation, in the vertical direction from the location of the thermal coupling of the evaporation section K with the stator winding 111 to the heat exchanger 151 ie the heat pipes 141 are arranged such that the evaporation section V of a respective heat pipe 141 located above its condensation section K. Accordingly, the heat exchanger 151 below the stator 110 arranged.

Wie in der ersten Ausführungsform der Statorkühlung können auch in der zweiten Ausführungsform weitere Wärmerohre 142 vorgesehen sein. Diese erstrecken sich ebenfalls in vertikaler Richtung und ihre Kondensationssektionen K sind thermisch mit den Wärmetauschern 151 gekoppelt. Aufgrund der im Wesentlichen gleichen Ausrichtung bzw. Erstreckungsrichtung der ersten und der weiteren Wärmerohre 141, 142 in der zweiten Ausführungsform ergibt sich zwar nicht der vorteilhafte Effekt der Kompensierung von negativen Einflüssen verschiedener Kraftwirkungen. Die vertikale Ausrichtung aller Wärmerohre 141, 142 wirkt sich jedoch positiv auf die Effizienz der in den Wärmerohren ablaufenden Prozesse aus. Desweiteren bewirken zusätzlich vorgesehenen, weiteren Wärmerohre 142 bewirken jedoch eine mit der Anzahl der verfügbaren Wärmerohre 141, 142 steigende Kühlleistung. As in the first embodiment of the stator cooling, further heat pipes can also be used in the second embodiment 142 be provided. These also extend in the vertical direction and their condensation sections K are thermal with the heat exchangers 151 coupled. by virtue of the substantially same orientation or extension direction of the first and the further heat pipes 141 . 142 Although in the second embodiment does not result in the advantageous effect of the compensation of negative influences of different force effects. The vertical alignment of all heat pipes 141 . 142 However, it has a positive effect on the efficiency of the processes taking place in the heat pipes. Furthermore, additionally provided, further heat pipes 142 However, one effect with the number of available heat pipes 141 . 142 increasing cooling capacity.

Zusätzlich oder alternativ zur im Zusammenhang mit den beiden Ausführungsformen in den 1 und 2 beschriebenen Kühlung des Stators 110 kann auch der Rotor 120 mit Hilfe einer Wärmerohranordnung gekühlt werden. Diese Rotorkühlung ist beiden Figuren in im Wesentlichen gleicher Weise dargestellt, wobei sich die folgende Beschreibung im Wesentlichen auf die 1 bezieht. Additionally or alternatively, in connection with the two embodiments in the 1 and 2 described cooling of the stator 110 can also be the rotor 120 be cooled by means of a heat pipe arrangement. This rotor cooling is shown in both figures in substantially the same way, the following description being based essentially on the 1 refers.

Der drehfest mit der Welle 130 verbundene Rotor 120 weist magnetische Mittel 121 auf, bspw. eine Vielzahl von in Umfangsrichtung des Rotors 120 gesehen hintereinander angeordneten Permanentmagneten 121. Zum Kühlen des Rotors 120 bzw. der magnetischen Mittel 121 weist das Kühlsystem 140 eine Wärmerohranordnung mit zumindest einem Wärmerohr 143 auf, welches drehfest mit dem Rotor 120 bzw. mit der Welle 130 verbunden ist, so dass es bei Rotation von Rotor 120 und Welle 130 mitrotiert, weswegen es als „rotierendes Wärmerohr“ bezeichnet werden kann. Das Wärmerohr 143 weist eine Verdampungssektion V, eine Kondensationssektion K und eine zwischen der Verdampfungssektion V und der Kondensationssektion K liegenden Zwischensektion Z auf. Die Verdampfungsssektion V ist an einem entsprechenden Ort thermisch mit dem magnetischen Mittel 121 des Rotors 120 bzw. mit einem Permanentmagneten 121 gekoppelt. Die Kondensationssektion K ist ihrerseits an einem entsprechenden Ort thermisch mit einem Wärmetauscher 153 der Wärmesenkenanordnung 150 gekoppelt. Die Zwischensektion Z ist vorgesehen, um zumindest im Betriebszustand der elektrischen Maschine 100 das (nicht dargestellte) thermische Arbeitsmedium des Wärmerohres 143 in im Wesentlichen flüssiger Form von der Kondensationssektion K zur Verdampfungssektion V zu führen. The rotation with the shaft 130 connected rotor 120 has magnetic means 121 on, for example, a plurality of circumferentially of the rotor 120 seen consecutively arranged permanent magnets 121 , For cooling the rotor 120 or the magnetic means 121 has the cooling system 140 a heat pipe assembly with at least one heat pipe 143 on which rotatably with the rotor 120 or with the wave 130 is connected, so that it rotates by rotor 120 and wave 130 co-rotated, which is why it can be called a "rotating heat pipe". The heat pipe 143 has an evaporation section V, a condensation section K, and an intermediate section Z located between the evaporation section V and the condensation section K. The evaporation section V is thermal at a corresponding location with the magnetic means 121 of the rotor 120 or with a permanent magnet 121 coupled. The condensation section K is in turn at a corresponding location thermally with a heat exchanger 153 the heat sink assembly 150 coupled. The intermediate section Z is provided to at least in the operating state of the electric machine 100 the (not shown) thermal working fluid of the heat pipe 143 in substantially liquid form from the condensation section K to the evaporation section V to lead.

Das Wärmerohr 143 ist derart angeordnet und ausgebildet, dass der Ort der thermischen Kopplung der Verdampfungssektion V des Wärmerohres 143 mit dem Permanentmagneten 121 bzw. mit dem entsprechenden Verbinder 149 bei Rotation der Welle 130 mit dem Wärmerohr 143 einen Kreis CV beschreibt, während der Ort der thermischen Kopplung der Kondensationssektion K des Wärmerohres 143 mit der Wärmesenkenanordnung 150 bzw. dem Wärmetauscher 153 bei Rotation einen Kreis CK beschreibt. Dabei ist der Radius RCV des Kreises CV größer als derjenige RCK des Kreises CK, d. h. RCV > RCK. Desweiteren sind die beiden genannten Orte der thermischen Kopplung des Wärmerohres 143 an den Permanentmagneten 121 bzw. an den Wärmetauscher 153, d. h. die Schnittpunkte der Kreise CK und CV mit der Rotationsachse R, in axialer Richtung voneinander beabstandet. Diese Anordnung und Ausbildung des Wärmerohres 143 führt dazu, dass das Wärmerohr 143 derart an der Welle 130 angeordnet ist, dass zumindest ein Teil der Zwischensektion Z derart orientiert ist, dass sie einen Winkel A mit 0° < A < 90°, bspw. A = 30°, mit der Rotationsachse R einschließt, so dass dieser konische Teil der Zwischensektion Z bei Rotation des Rotors 120 und der Welle 130 und konsequenterweise des Wärmerohres 143 einen Mantel eines gedachten symmetrischen Kegelstumpfes beschreibt bzw. überstreicht. Dabei liegt die Symmetrieachse des Kegelstumpfes auf der Rotationsachse R. The heat pipe 143 is arranged and configured such that the location of the thermal coupling of the evaporation section V of the heat pipe 143 with the permanent magnet 121 or with the corresponding connector 149 during rotation of the shaft 130 with the heat pipe 143 describes a circle CV, while the location of the thermal coupling of the condensation section K of the heat pipe 143 with the heat sink assembly 150 or the heat exchanger 153 on rotation describes a circle CK. The radius RCV of the circle CV is greater than the RCK of the circle CK, ie RCV> RCK. Furthermore, the two mentioned places of the thermal coupling of the heat pipe 143 at the permanent magnets 121 or to the heat exchanger 153 , ie the intersections of the circles CK and CV with the axis of rotation R, spaced apart in the axial direction. This arrangement and formation of the heat pipe 143 causes the heat pipe 143 like that on the wave 130 is arranged, that at least a part of the intermediate section Z is oriented such that it forms an angle A with 0 ° <A <90 °, for example. A = 30 °, with the rotation axis R, so that this conical part of the intermediate section Z at Rotation of the rotor 120 and the wave 130 and consequently the heat pipe 143 describes a coat of an imaginary symmetrical truncated cone or painted over. The axis of symmetry of the truncated cone lies on the axis of rotation R.

Die besonders vorteilhafte Wirkung der beschriebenen Anordnung und insbesondere des abgewinkelten Teils der Zwischensektion ergibt sich daraus, dass die bei der Rotation auftretende Zentrifugalkraft auf das Wärmerohr 143 und insbesondere auf das darin befindliche flüssige Arbeitsmedium derart wirkt, dass sie aufgrund der Geometrie dieses flüssige Arbeitsmedium zur Verdampfungssektion V hin befördert. The particularly advantageous effect of the described arrangement and in particular the angled portion of the intermediate section results from the fact that the centrifugal force occurring during the rotation of the heat pipe 143 and in particular to the liquid working medium located therein so as to convey, due to the geometry of said liquid working medium, to the vaporizing section V.

Eine erste Ausführungsform einer Rotorkühlung ist in 3 dargestellt. Dabei sind in der 3 lediglich die Welle 130 mit dem Rotor 120 sowie das Wärmerohr 143 dargestellt, während weitere Komponenten wie bspw. der Stator und Teile der Gondel nicht dargestellt sind. Das Wärmerohr 143 weist in der Zwischensektion Z eine Vielzahl von bspw. rohrartigen Leitungen 143‘ auf, die jeweils ausgebildet sind, um das thermische Arbeitsmedium in flüssiger Form von der Kondensationssektion K des ersten Wärmerohres 143 zu seiner Verdampfungssektion V zu transportieren. Hierbei wirkt sich vorteilhafterweise die beschriebene Form des Wärmerohres 143 aus, da das flüssige Arbeitsmedium aufgrund des bezüglich der Rotationsachse R unter dem Winkel A angeordneten Teils der Zwischensektion Z durch die Wirkung der Zentrifugalkraft durch die Leitungen 143‘ befördert wird. Das an der Verdampfungssektion V des Wärmerohres 143 verdampfte Arbeitsmedium wird über eine weitere Leitung 143‘‘ zurück zur Kondensationssektion K geführt, wobei die weitere Leitung 143‘‘ in radialer Richtung innerhalb der Anordnung von Leitungen 143‘ liegt, also im radial innen liegenden Bereich 134 des Wärmerohres 143. A first embodiment of a rotor cooling is in 3 shown. There are in the 3 only the wave 130 with the rotor 120 as well as the heat pipe 143 while other components such as the stator and parts of the nacelle are not shown. The heat pipe 143 has in the intermediate section Z a variety of example. Tube-like lines 143 ' each formed to the thermal working fluid in liquid form from the condensation section K of the first heat pipe 143 to transport to its evaporation section V. This advantageously affects the described shape of the heat pipe 143 from, since the liquid working medium due to the arranged with respect to the rotation axis R at the angle A portion of the intermediate section Z by the action of centrifugal force through the lines 143 ' is transported. The at the evaporation section V of the heat pipe 143 vaporized working medium is over another line 143 '' led back to the condensation section K, the further line 143 '' in the radial direction within the arrangement of lines 143 ' lies, ie in the radially inner region 134 of the heat pipe 143 ,

Die rohrartigen Leitungen 143‘ sind in einem radial außen liegenden Bereich 133 des Wärmerohres 143 angeordnet, bspw. innen an einer radial äußeren Wand 132 des Wärmerohres 143. Dies ist in dem in 4 dargestellten Querschnitt angedeutet, auf den in 3 mit „X“ verwiesen wird. Das flüssige Arbeitsmedium bewegt sich in den Wärmerohren 143 von den Kondensationssektionen K zu den Verdampfungssektionen V, während sich das gasförmige Arbeitsmedium über einen radial inneren Bereich 134 des Wärmerohres 143 und dort über die Leitung 143‘‘ von den Verdampfungssektionen V zu den Kondensationssektionen K bewegt. The pipe-like pipes 143 ' are in a radially outer area 133 of the heat pipe 143 arranged, for example, inside a radial outer wall 132 of the heat pipe 143 , This is in the in 4 shown cross section indicated on the in 3 with "X" is referenced. The liquid working fluid moves in the heat pipes 143 from the condensation sections K to the evaporation sections V, while the gaseous working medium extends over a radially inner region 134 of the heat pipe 143 and there over the line 143 '' moved from the evaporation sections V to the condensation sections K.

Vorzugsweise mehrere oder sogar sämtliche der Permanentmagnete 121 jeweils mit einer derartigen ersten Leitung 143‘ des einzelnen Wärmerohres 143 der ersten Ausführungsform der Rotorkühlung thermisch gekoppelt, d. h. die Wärmerohranordnung umfasst eine Vielzahl von Leitungen 143‘, die jeweils eine Verdampfungssektion V, eine Kondensationssektion K und eine Zwischensektion Z aufweisen. Es ist jedoch idealerweise nur eine gemeinsame weitere Leitung 143‘‘ vorgesehen. Preferably several or even all of the permanent magnets 121 each with such a first line 143 ' of the single heat pipe 143 thermally coupled to the first embodiment of the rotor cooling, ie, the heat pipe assembly comprises a plurality of lines 143 ' each having an evaporation section V, a condensation section K and an intermediate section Z. However, ideally, it is just another common conduit 143 '' intended.

Bei Rotation der Welle 130 wird aufgrund der Dichteverhältnisse des gasförmigen bzw. flüssigen thermischen Arbeitsmediums der in flüssigem Zustand befindliche Anteil des Arbeitsmediums in den radial außen liegenden Bereich 133 des Wärmerohres 143 gedrückt, d. h. an die Wand 132. Der in gasförmigem Zustand befindliche Teil des Arbeitsmediums wird sich dahingegen automatisch in dem radial inneren Bereich 134 befinden. Es kann daher in einer Variante auf eine Trennwand o.ä. zwischen den Bereichen 133, 134 für gasförmiges bzw. flüssiges Arbeitsmedium verzichtet werden, d. h. die Leitungen 143‘ müssen nicht rohrartig sein. Die Leitungen 143‘ können dagegen als Kanäle im radial außen liegenden Bereich 133 ausgebildet sein, über die zumindest im Betriebszustand der elektrischen Maschine 100 das thermische Arbeitsmedium des ersten Wärmerohres 143 in im Wesentlichen flüssiger Form von der Kondensationssektion K zur Verdampfungssektion V geführt wird. Über den radial innen liegenden Bereich 134 gelangt das thermische Arbeitsmedium des ersten Wärmerohres 143 in im Wesentlichen gasförmigem Zustand von der Verdampfungssektion V zurück zur Kondensationssektion K. Um das flüssige Arbeitsmedium im jeweiligen Kanal 143‘ entlang der Wand 132 zu führen, können bspw. entsprechende Leitbleche 144 vorgesehen sein, die sich jeweils in axialer und in radialer Richtung erstrecken, so dass die Kanäle 143‘ keine geschlossenen Rohre o.ä. bilden. Dies ist in dem in 5 dargestellten Querschnitt angedeutet, auf den in 3 mit „X“ verwiesen wird, wobei der Übersichtlichkeit wegen nur einige wenige der Leitbleche 144 mit Bezugszeichen versehen sind. Der Unterschied der beiden in den 4 und 5 angedeuteten Varianten der ersten Ausführungsform der Rotorkühlung liegt demnach darin, dass die Leitungen 143‘ in der ersten Variante tatsächlich rohrartige ausgebildet sind, während das thermische Arbeitsmedium in der zweiten Variante frei zirkuliert und insbesondere ohne in radialer Richtung geschlossene Rohre auskommt. Es werden in der zweiten Variante lediglich optional die beschriebenen Leitbleche 144 eingesetzt, die die dortigen Kanäle 143‘ in Umfangsrichtung begrenzen und damit eventuelle Scherströmungs-Interaktionen zwischen flüssiger und gasförmiger Phase des Arbeitsmediums zu vermeiden. Die in den 4 und 5 angedeuteten gestrichelten Linien symbolisieren den Übergang zwischen dem inneren Bereich 134 und dem äußeren Bereich 133 des Wärmerohres 143. Upon rotation of the shaft 130 is due to the density ratios of the gaseous or liquid thermal working medium of the liquid state located in the proportion of the working medium in the radially outer region 133 of the heat pipe 143 pressed, ie to the wall 132 , In contrast, the part of the working medium in the gaseous state automatically becomes in the radially inner region 134 are located. It can therefore in a variant on a partition o.ä. between the areas 133 . 134 be dispensed with gaseous or liquid working fluid, ie the lines 143 ' do not have to be tube-like. The wires 143 ' On the other hand, they can act as channels in the radially outer area 133 be formed over the at least in the operating state of the electric machine 100 the thermal working medium of the first heat pipe 143 is conducted in a substantially liquid form from the condensation section K to the evaporation section V. Over the radially inner area 134 passes the thermal working medium of the first heat pipe 143 in a substantially gaseous state from the evaporation section V back to the condensation section K. To the liquid working medium in the respective channel 143 ' along the wall 132 lead to, for example, corresponding baffles 144 be provided, each extending in the axial and in the radial direction, so that the channels 143 ' no closed pipes or similar form. This is in the in 5 shown cross section indicated on the in 3 with "X" is referred to, for the sake of clarity, only a few of the baffles 144 are provided with reference numerals. The difference between the two in the 4 and 5 indicated variants of the first embodiment of the rotor cooling is therefore that the lines 143 ' in the first variant actually tube-like are formed, while the thermal working medium circulates freely in the second variant and in particular manages without closed in the radial direction tubes. There are in the second variant only optional the baffles described 144 used the local channels 143 ' Limit in the circumferential direction and thus avoid any shear flow interactions between the liquid and gaseous phase of the working medium. The in the 4 and 5 indicated dashed lines symbolize the transition between the inner region 134 and the outer area 133 of the heat pipe 143 ,

In einer in der 6 angedeuteten zweiten Ausführungsform der Rotorkühlung ist eine Vielzahl von ersten Wärmerohren 143 vorgesehen. Diese sind derart entlang eines Umfangs eines ersten gedachten, zum Rotor 120 koaxialen Kreises C1 angeordnet, dass ihre Verdampfungssektionen V entlang eines Umfangs des bereits eingeführten Kreises CV und ihre Kondensationssektionen K entlang eines Umfangs des Kreises CK angeordnet sind, wobei die Kreise CV, CK wieder axial voneinander beabstandet sind und unterschiedliche Radien RCV, RCK mit RCV > RCK aufweisen. Im Unterschied zu den Leitungen 143‘ der ersten Ausführungsform der Rotorkühlung ist jedes erste Wärmerohr 143 ein geschlossenes System, d. h. in jedem Wärmerohr 143 zirkuliert ein thermisches Arbeitsmedium, wobei die in verschiedenen ersten Wärmerohren 143 zirkulierenden Arbeitsmedien nicht miteinander in Kontakt kommen. Das verdampfte Arbeitsmedium gelangt im Unterschied zur ersten Ausführungsform der Rotorkühlung nicht über den radial innen liegenden Bereich 134 zurück zur Kondensationssektion K, sondern über da jeweilige Wärmerohr 143 selbst. In one in the 6 indicated second embodiment of the rotor cooling is a plurality of first heat pipes 143 intended. These are so along a circumference of a first imaginary, to the rotor 120 arranged coaxial circuit C1, that their evaporation sections V along a circumference of the already introduced circle CV and their condensation sections K along a circumference of the circle CK are arranged, the circles CV, CK are again axially spaced from each other and different radii RCV, RCK with RCV> RCK have. Unlike the wires 143 ' The first embodiment of the rotor cooling is every first heat pipe 143 a closed system, ie in every heat pipe 143 circulates a thermal working medium, wherein in different first heat pipes 143 circulating working media do not come into contact with each other. In contrast to the first embodiment of the rotor cooling, the vaporized working medium does not reach beyond the radially inner region 134 back to the condensation section K, but over there respective heat pipe 143 even.

Vorzugsweise sind mehrere oder sogar sämtliche der Permanentmagnete 121 jeweils mit einem der Wärmerohre 143 der zweiten Ausführungsform der Rotorkühlung thermisch gekoppelt. Preferably, several or even all of the permanent magnets 121 each with one of the heat pipes 143 thermally coupled to the second embodiment of the rotor cooling.

Während die Verdampungssektionen V der Wärmerohre 143 über die thermischen Kopplungen Wärme von den Permanentmagneten 121 aufnehmen können, sind die Kondensationssektion K der Wärmerohre 143 in beiden Ausführungsformen der Rotorkühlung wiederum thermisch mit einem oder mehreren ersten Wärmetauschern 153 der Wärmesenkenanordnung 150 gekoppelt, so dass zumindest ein Teil der Wärme, die vom jeweiligen Wärmerohr 143 über seine Verdampfungssektion V von dem thermisch gekoppelten Permanentmagneten 121 aufgenommen wurde, über die Kondensationssektionen K an die Wärmesenkenanordnung 150 bzw. an die Wärmetauscher 153 abgeführt werden kann. Die Wärmetauscher 153 sind wie auch die Wärmerohre 143 drehfest mit der Welle 130 verbunden, rotieren bei Rotation der Welle 130 also mit. Die bspw. als Plattenwärmetauscher ausgebildeten Wärmetauscher 153 können, wie in den 1 und 2 dargestellt, im Kanalsystem 12 der Gondel 10 angeordnet sein, so dass sie vom typischerweise kühlen Luftstrom im Kanalsystem 12 umströmt und dementsprechend gekühlt werden. Darüber hinaus können die mitrotierenden Wärmetauscher 153 vorteilhafterweise derart angeordnet und geformt sein, dass sie bei Rotation einen Sog bewirken, der den Luftstrom 13 im Kanalsystem 12 unterstützt oder sogar erzeugt. During the evaporation sections V of the heat pipes 143 heat from the permanent magnets via the thermal couplings 121 can accommodate the condensation section K of the heat pipes 143 in both embodiments, the rotor cooling again thermally with one or more first heat exchangers 153 the heat sink assembly 150 coupled, so that at least part of the heat from the respective heat pipe 143 via its evaporation section V from the thermally coupled permanent magnet 121 was received, via the condensation sections K to the heat sink assembly 150 or to the heat exchanger 153 can be dissipated. The heat exchangers 153 are as well as the heat pipes 143 rotatably with the shaft 130 connected, rotate during rotation of the shaft 130 so with. The example. Designed as a plate heat exchanger heat exchanger 153 can, as in the 1 and 2 shown in the channel system 12 the gondola 10 be arranged so that they are from the typically cool air flow in the duct system 12 flows around and cooled accordingly. In addition, the co-rotating heat exchangers 153 advantageously be arranged and shaped so that they cause a suction on rotation, the air flow 13 in the canal system 12 supported or even generated.

Sowohl bei der ersten als auch bei der zweiten Ausführungsform der Rotorkühlung kann die Wärmerohranordnung zur Kühlung des Rotors 120 als Teil der Welle 130 ausgebildet sein. Dies ist exemplarisch in der 7 für die erste Ausführungsform der Rotorkühlung dargestellt. Hierzu ist die Welle 130 in einem entsprechenden Bereich 131 als Hohlwelle ausgebildet. Der Bereich 131 der Welle 130 fungiert als erstes Wärmerohr 143, entsprechend der ersten Ausführungsform der Rotorkühlung, oder der Bereich 131 beinhaltet die Vielzahl von Wärmerohren 143, entsprechend der zweiten Ausführungsform der Rotorkühlung. Lediglich exemplarisch ist diese Variante der Welle 130 in 7 für die erste Ausführungsform der Rotorkühlung dargestellt. Both in the first and in the second embodiment of the rotor cooling, the heat pipe arrangement for cooling the rotor 120 as part of the wave 130 be educated. This is exemplary in the 7 illustrated for the first embodiment of the rotor cooling. This is the wave 130 in a corresponding area 131 designed as a hollow shaft. The area 131 the wave 130 acts as the first heat pipe 143 , according to the first embodiment of the rotor cooling, or the area 131 includes the large number of heat pipes 143 , according to the second embodiment of the rotor cooling. Only exemplary is this variant of the wave 130 in 7 illustrated for the first embodiment of the rotor cooling.

Wie in einigen der Figuren dargestellt, kann die Wärmerohranordnung sowohl Wärmerohre 141, 142 zur Kühlung des Stators 110 als auch Wärmerohre 143 zur Kühlung des Rotors 120 aufweisen. Diese kombinierte Kühlung für Rotor 120 und für Stator 110 stellt die bevorzugte Ausführungsform dar, da beide aktiven Komponenten 110, 120 effizient gekühlt werden können. Es ist jedoch auch denkbar, nur den Stator 110 oder nur den Rotor 120 mit Hilfe von Wärmerohren 141, 142, 143 zu kühlen und zur Kühlung der jeweils anderen Komponente ein anderes Kühlverfahren einzusetzen. As shown in some of the figures, the heat pipe assembly may include both heat pipes 141 . 142 for cooling the stator 110 as well as heat pipes 143 for cooling the rotor 120 exhibit. This combined cooling for rotor 120 and for Stator 110 represents the preferred embodiment, since both active components 110 . 120 can be cooled efficiently. However, it is also conceivable only the stator 110 or just the rotor 120 with the help of heat pipes 141 . 142 . 143 to cool and use a different cooling method for cooling the other component.

Im Zusammenhang mit den Figuren wurde der Betrieb der elektrischen Maschine 100 als Elektromotor beschrieben. Es ist jedoch denkbar, das erläuterte Kühlkonzept mit Wärmerohren auf eine als Generator arbeitende elektrische Maschine 100 zu übertragen, da wie einleitend erwähnt Generator und Elektromotor grundsätzlich gleich aufgebaut sind. Zum Betreiben der elektrischen Maschine 100 als Generator wird der Rotor 120 über die Welle 130 mit Hilfe eines in den Figuren nicht dargestellten Antriebs in Rotation versetzt. Die magnetischen Felder der zweiten magnetischen Mittel 121 bzw. der Permanentmagente 121 des Rotors 120 rotieren mit dem Rotor 120 und relativ zu den Statorwicklungen 111 des Stators 110. Dies bewirkt bekanntermaßen, dass in den Statorwicklungen 111 elektrische Spannungen induziert werden, welche schließlich nicht dargestellten elektrischen Verbrauchern zuführbar sind. In connection with the figures was the operation of the electric machine 100 described as an electric motor. However, it is conceivable that explained cooling concept with heat pipes on a working as a generator electric machine 100 to transfer, as mentioned in principle generator and electric motor are basically the same. To operate the electric machine 100 as generator the rotor becomes 120 over the wave 130 set in rotation by means of a drive, not shown in the figures. The magnetic fields of the second magnetic means 121 or the permanent magpie 121 of the rotor 120 rotate with the rotor 120 and relative to the stator windings 111 of the stator 110 , This is known to cause in the stator windings 111 electrical voltages are induced, which are finally not shown electrical consumers fed.

Claims

Electric machine ( 100 ) with a first electromagnetically active component ( 110 . 120 ), which consists of a stator ( 110 ) and a rotor ( 120 ) comprehensive group of active components of the electric machine ( 100 ) and with a cooling system ( 140 ) for cooling at least one of the active components ( 110 . 120 ), - wherein the stator ( 110 ) a first magnetic means ( 111 ) and the rotor ( 120 ) a second magnetic means ( 121 ), the first ( 111 ) and the second ( 121 ) magnetic means are formed and arranged to each other, that they in the operating state of the electrical machine ( 100 ) interact electromagnetically with each other, and wherein at the magnetic means ( 111 . 121 ) in the operating state of the electrical machine ( 100 ) Heat is generated, and - whereby the cooling system ( 140 ) a heat pipe arrangement with at least one first heat pipe ( 141 . 143 ) having a thermal working medium, each first heat pipe ( 141 . 143 ) has an evaporation section and a condensation section, wherein the respective evaporation section is thermally connected to the first electromagnetically active component ( 110 . 120 ) and in particular directly or indirectly with the magnetic means ( 111 . 121 ) of the first electromagnetically active component ( 110 . 120 ) and the respective condensation section with a heat sink arrangement ( 150 ) is thermally coupled, so that at least a part of the operating state of the electrical machine ( 100 ) at the magnetic means ( 111 . 121 ) of the first electromagnetically active component ( 110 . 120 ) generated heat over the first heat pipe ( 141 . 143 ) to the heat sink assembly ( 150 ) is dissipatable.

Electric machine ( 100 ) according to claim 1, characterized in that the selected first electromagnetically active component of the stator ( 110 ).

Electric machine ( 100 ) according to claim 2, characterized in that each first heat pipe ( 141 ) of the heat pipe assembly is arranged such that, when the electric machine ( 100 ) is in a predetermined standard orientation, in a first horizontal extension direction from the stator ( 110 ) extends away.

Electric machine ( 100 ) according to claim 3, characterized in that the heat pipe arrangement ( 140 ) a first heat pipe ( 141 ) associated further heat pipe ( 142 ) having an evaporation section and a condensation section, wherein - the evaporation section of the further heat pipe ( 142 ) thermally with the stator ( 110 ) and in particular directly or indirectly with the first magnetic means ( 111 ) is coupled, so that at least a part of the operating state of the electrical machine ( 100 ) on the first magnetic means ( 111 ) resulting heat over the further heat pipe ( 142 ) to the heat sink assembly ( 150 ) is dissipatable, the condensation section of the further heat pipe ( 142 ) with the heat sink arrangement ( 150 ) is thermally coupled, - the further heat pipe ( 142 ) is arranged such that, when the electric machine is in the predetermined standard orientation, in a further horizontal extension direction from the stator ( 110 ), wherein the first and the further horizontal extension direction of the associated heat pipes ( 141 . 142 ) are opposite to each other.

Electric machine ( 100 ) according to claim 2, characterized in that each first heat pipe ( 141 ) of the heat pipe assembly is arranged such that when the electric machine ( 100 ) in a given standard orientation, the location of the thermal coupling of its condensation section with the heat sink arrangement ( 150 ) below, in particular vertically below, the location of the thermal coupling of its evaporation section with the stator ( 110 ) is located.

Electric machine ( 100 ) according to one of claims 2 to 5, characterized in that the evaporation section of the first heat pipe ( 141 ) by means of a connector ( 149 ) with a ceramic, electrically insulating and heat-conducting material with the stator ( 110 ) is thermally coupled to the thermal coupling between the evaporation section of the respective first heat pipe ( 141 ) with the stator ( 110 ) to realize.

Electric machine ( 100 ) according to claim 1, characterized in that the selected first electromagnetically active component of the rotor ( 120 ), wherein - the rotor ( 120 ) rotatably with a shaft ( 130 ) of the electric machine ( 100 ) and - every first heat pipe ( 143 ) rotatably with the rotor ( 120 ) and / or with the shaft ( 130 ) and upon rotation of the rotor ( 120 ) co-rotated.

Electric machine ( 100 ) according to claim 7, characterized in that each first heat pipe ( 143 ) is arranged and configured such that - during rotation, the evaporation section of a respective first heat pipe ( 143 ) one to the rotor ( 120 ) describes the coaxial circuit CV, - in rotation, the condensation section of a respective first heat pipe ( 143 ) one to the rotor ( 120 ) describes coaxial circle CK, wherein - the radius of the circle CV is greater than the radius of the circle CK and - the intersections of the circles CK and CV are axially spaced from each other with the axis of rotation.

Electric machine ( 100 ) according to one of claims 7 to 8, characterized in that each first heat pipe ( 143 ) has at least one intermediate section, which between the evaporation section and the condensation section of the respective first heat pipe ( 143 ) and - which is provided to at least in the operating state of the electric machine ( 100 ) the thermal working medium of the respective first heat pipe ( 143 ) in substantially liquid form from its condensation section to its evaporation section, wherein - each first heat pipe ( 143 ) is arranged such that at least a part of the intermediate section encloses an angle A with 0 ° <A <90 ° with the axis of rotation, so that this part of the intermediate section upon rotation of the rotor ( 120 ) and the first heat pipe ( 143 ) describes a mantle of an imaginary symmetrical truncated cone.

Electric machine ( 100 ) according to one of claims 7 to 9, characterized in that the heat pipe arrangement a plurality of first heat pipes ( 143 ), which in such a way along a circumference of a first imaginary, to the rotor ( 120 ) are arranged coaxial circle C1, that - the evaporation sections of the first heat pipes ( 143 ) are arranged along a circumference of the circle CV, - the condensation sections of the first heat pipes ( 143 ) are arranged along a circumference of the circle CK.

Electric machine ( 100 ) according to one of claims 7 to 9, characterized in that the first heat pipe ( 143 ) coaxial with the rotor ( 120 ) is arranged and a radially inner region ( 134 ) and a radially outer area ( 133 ), wherein - the radially outer region ( 133 ) of the first heat pipe ( 143 ) at least one channel ( 143 ' ) forms over the at least in the operating state of the electric machine ( 100 ) the thermal working medium of the first heat pipe ( 143 ) in substantially liquid form from the condensation section to the evaporation section of the first heat pipe ( 143 ), and - over the radially inner region ( 134 ) at least in the operating state of the electric machine ( 100 ) the thermal working medium of the first heat pipe ( 143 ) in a substantially gaseous state from the evaporation section to Condensation section of the first heat pipe ( 143 ) to be led.

Electric machine ( 100 ) according to claim 11, characterized in that the shaft ( 130 ) at least in a subarea ( 131 ) between the location of the thermal coupling of the evaporation section of the first heat pipe ( 143 ) with the second magnetic means ( 121 ) and the location of the thermal coupling of the condensation section of the first heat pipe ( 143 ) with the heat sink arrangement ( 150 ) has a shape such that the channel ( 143 ' ) at least partially encloses an angle A with 0 ° <A <90 ° with the axis of rotation.

Electric machine ( 100 ) according to one of claims 11 to 12, characterized in that each channel ( 143 ' ) is formed by a tubular conduit ( 143 ' ).

Electric machine ( 100 ) according to one of claims 11 to 12, characterized in that each channel ( 143 ' ) is formed by two in the circumferential direction of the shaft arranged one behind the other, along the longitudinal extent of the shaft along a wall of the shaft and in the radial direction extending baffles ( 144 ).

Electric machine ( 100 ) according to one of claims 1 to 14, characterized in that the heat sink arrangement ( 150 ) at least one heat exchanger ( 151 . 152 . 153 ), in each case in one of a secondary cooling medium, in particular air, through-flowable space in the vicinity of the electrical machine ( 100 ), wherein the electric machine ( 100 ) in a gondola ( 10 ) of a propeller drive of an aircraft, wherein the nacelle ( 10 ) a channel system ( 12 ) for conducting ambient air into which a stream of air ( 13 ), in particular an at least partially from the propeller ( 11 ) generated air stream ( 13 ), and wherein the heat exchanger ( 151 . 152 . 153 ) in the channel system ( 12 ) is arranged.

Electric machine ( 100 ) according to one of claims 1 to 15, characterized in that a second electromagnetically active component ( 120 . 110 ) of the electric machine ( 100 ) of the group of active components ( 110 . 120 ) is selected, that the first ( 110 . 120 ) and the second ( 120 . 110 ) Electromagnetically active component are different, wherein the heat pipe arrangement of the cooling system ( 140 ) at least a second heat pipe ( 143 . 141 ) having a thermal working medium, each second heat pipe ( 143 . 141 ) has an evaporation section and a condensation section, wherein the respective evaporation section is thermally connected to the second electromagnetically active component ( 120 . 110 ) and in particular directly or indirectly with the magnetic means ( 121 . 111 ) of the second electromagnetically active component ( 120 . 110 ) and the respective condensation section with the heat sink arrangement ( 150 ) is thermally coupled, so that at least a part of the operating state of the electrical machine ( 100 ) at the magnetic means ( 121 . 111 ) of the second electromagnetically active component ( 110 . 120 ) generated heat via the second heat pipe ( 143 . 141 ) to the heat sink assembly ( 150 ) is dissipatable.