DE102017223800A1

DE102017223800A1 - Cooling a rotor of an electric machine

Info

Publication number: DE102017223800A1
Application number: DE102017223800.3A
Authority: DE
Inventors: Andreas Reeh; Christoph Kiener; Gunar Reinicke
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Rolls Royce Deutschland Ltd and Co KG
Priority date: 2017-12-27
Filing date: 2017-12-27
Publication date: 2019-06-27

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Rotor, bspw. für eine elektrische Maschine für ein Antriebssystem eines Flugzeugs, und insbesondere die Kühlung des Rotors. Der Rotor weist Speichen auf, die eine Nabe des Rotors mit einem Magnetträger verbinden. Die Speichen sind jeweils als Wärmerohr mit einem Hohlraum und einem in dem Hohlraum angeordneten Wärmetransportmedium ausgebildet. Der Hohlraum ist mit einem ersten Teilvolumen in thermischem Kontakt mit dem Magnetträger und mit einem zweiten Teilvolumen mit einer kühleren Sektion des Rotors, bspw. mit der Nabe. Bei Rotation des Rotors und dementsprechend in dem Hohlraum auf das Medium wirkender Zentrifugalkraft wird das Medium in flüssiger Form in das erste Teilvolumen getrieben, wo es aufgrund eines Wärmeeintrags vom Magnetträger verdampft. Die entstehende gasförmige Phase wir vom nachkommenden flüssigen Medium verdrängt und gelangt zum zweiten Teilvolumen, wo sie kondensiert und wieder in den Kreislauf eintritt.The invention relates to a rotor, for example for an electric machine for a drive system of an aircraft, and more particularly to the cooling of the rotor. The rotor has spokes which connect a hub of the rotor to a magnet carrier. The spokes are each formed as a heat pipe with a cavity and a heat transfer medium arranged in the cavity. The cavity is in thermal contact with the magnetic carrier with a first sub-volume and with a second sub-volume with a cooler section of the rotor, for example with the hub. Upon rotation of the rotor and, accordingly, in the cavity acting on the medium centrifugal force, the medium is driven in liquid form into the first sub-volume, where it evaporates due to a heat input from the magnetic carrier. The resulting gaseous phase is displaced by the incoming liquid medium and reaches the second partial volume, where it condenses and re-enters the circulation.

Description

Die Erfindung betrifft einen Rotor, vorzugsweise für eine elektrische Maschine, und insbesondere die Kühlung des Rotors.The invention relates to a rotor, preferably for an electric machine, and in particular the cooling of the rotor.

Für mobile Anwendungen, bspw. zum Antrieb von Luftfahrzeugen wie etwa Flugzeugen oder Helikoptern oder auch für elektrisch angetriebene Wasserfahrzeuge etc., werden als Alternative zu den gebräuchlichen Verbrennungskraftmaschinen Konzepte beruhend auf elektrischen Antriebssystemen untersucht und eingesetzt. Ein derartiges elektrisches Antriebssystem, welches als rein elektrisches oder auch als hybrid-elektrisches Antriebssystem ausgebildet sein kann, weist in der Regel zumindest eine elektrische Maschine auf, die zum Antreiben des Vortriebsmittels des Luftfahrzeugs als Elektromotor betrieben wird. Weiterhin sind eine entsprechende Quelle elektrischer Energie zur Versorgung des Elektromotors sowie in der Regel eine Leistungselektronik vorgesehen, mit deren Hilfe der Elektromotor betrieben wird. Im Falle eines hybridelektrischen Antriebssystems ist desweiteren ein Verbrennungsmotor vorgesehen, der seriell oder parallel in das Antriebssystem integriert ist und bspw. einen Generator antreibt, welcher seinerseits elektrische Energie zur Verfügung stellt, die in einer Batterie gespeichert und/oder dem Elektromotor zugeführt werden kann.For mobile applications, for example for the propulsion of aircraft such as airplanes or helicopters or for electrically powered watercraft, etc., concepts based on electric drive systems are being investigated and used as an alternative to the conventional internal combustion engines. Such an electric drive system, which can be embodied as a purely electrical or as a hybrid-electric drive system, generally has at least one electrical machine which is operated to drive the propulsion means of the aircraft as an electric motor. Furthermore, a corresponding source of electrical energy for supplying the electric motor and usually a power electronics are provided, by means of which the electric motor is operated. In the case of a hybrid electric drive system, an internal combustion engine is further provided which is serially or parallel integrated into the drive system and, for example, drives a generator, which in turn provides electrical energy that can be stored in a battery and / or supplied to the electric motor.

Derartige Systeme werden bspw. in WO2015106993A1 , WO2015128121A1 oder auch in WO2017025224A1 beschrieben.Such systems are, for example. In WO2015106993A1 . WO2015128121A1 or in WO2017025224A1 described.

Die für derartige mobile Anwendungen einzusetzenden elektrischen Antriebe sowie die entsprechenden elektrischen Maschinen, d.h. Elektromotoren und Generatoren, müssen sich durch extrem hohe Leistungsdichten auszeichnen, um die benötigten Leistungen erzeugen zu können. Während für viele technische Anwendungen Leistungsdichten in Größenordnungen von 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 in Größenordnungen von 20kW/kg und mehr angestrebt. Eine solche Maschine bzw. ein für eine solche Maschine geeigneter Rotor werden bspw. in der DE102016206909 beschrieben.The electrical drives to be used for such mobile applications and the corresponding electrical machines, ie electric motors and generators, must be characterized by extremely high power densities in order to be able to generate the required power. While power densities in the order of 2kW / kg are sufficient for many technical applications, for example, for the electrification of aviation, ie for electric or hybrid electric powered aircraft, but also for other - especially mobile applications electrical machines with power densities of orders of magnitude 20kW / kg and more. Such a machine or suitable for such a machine rotor are, for example. In the DE102016206909 described.

Für die genannten mobilen Anwendungen werden demnach hochleistungsdichte, elektrische Maschinen benötigt, wobei mit steigender Leistungsdichte insbesondere die Kühlung der Maschine eine wesentliche Rolle spielt. Bspw. erlauben permanenterregte synchrone Drehfeldmaschinen entsprechend hohe Leistungs- und Drehmomentdichten. Zur Erreichung des benötigten Drehmoments wird bei Direktantrieben ein vergleichsweise großer Rotordurchmesser eingesetzt, was zu einer scheibenförmigen Läufergestalt führt. Aus Leichtbaugründen werden zudem für hochleistungsdichte Anwendungen häufig Oberflächenmagnete verwendet, die möglichst nah am Luftspalt unterhalb einer notwendigen Bandage zur Kompensation der auf die Magnete wirkenden Zentrifugalbeschleunigung angebracht werden. Die Rotorstruktur trägt die Magnete und überträgt das Drehmoment auf eine bzw. von einer Welle. Zur Minimierung der Masse des Rotors wird dieser oft aus Leichtmetall und mit einer Strebenstruktur gestaltet. Im Stator werden wegen diverser Vorteile häufig konzentrierte Wicklungen genutzt. Gegenüber Drehfeldmaschinen mit verteilter Wicklung liegen die Vorteile von konzentrierten Wicklungen im hohen Wicklungsfaktor, im hohen Nutfüllfaktor, kurzen Wickelköpfen und damit einer hohen volumetrischen und gravimetrischen Ausnutzung sowie einer hohen Effizienz. Allerdings erzeugen konzentrierte Wicklungen eine sehr stufenförmige, als „Feldwelle“ bezeichnete orts- und zeitabhängige Verteilung der magnetischen Spannung, welche Fourier-transformiert eine große Anzahl von Harmonischen mit signifikanten Amplituden ergibt. Die Subharmonischen und Harmonischen der Arbeitsfeldwelle rotieren im Betrieb mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten relativ zur Rotordrehung und erzeugen dabei nachteilige Effekte wie Wirbelstromverluste in den Rotorpermanentmagneten aufgrund der elektromagnetischen Kopplung, lokale Eisensättigung im Stator und Schwingungen der elektrischen Maschine. Die Verluste in den Permanentmagneten können stark leistungsbegrenzend für die Maschine sein, da sich die Magnete erwärmen und eine gewisse Temperatur nicht überschritten werden darf, damit die magnetische Flussdichte nicht signifikant sinkt oder die Magnete gar entmagnetisieren.Accordingly, high-power-density electrical machines are required for the mobile applications mentioned, with the cooling of the machine playing an essential role in particular with increasing power density. For example. Permanently excited synchronous induction machines allow correspondingly high power and torque densities. To achieve the required torque, a comparatively large rotor diameter is used in direct drives, which leads to a disc-shaped rotor shape. For reasons of lightweight construction, surface magnets which are mounted as close as possible to the air gap below a necessary bandage for compensation of the centrifugal acceleration acting on the magnets are also frequently used for high-power-density applications. The rotor structure carries the magnets and transmits the torque to or from a shaft. To minimize the mass of the rotor, this is often made of light metal and with a strut structure. The stator often uses concentrated windings for various benefits. Compared to rotary field machines with distributed winding, the advantages of concentrated windings are the high winding factor, the high slot fill factor, short end windings and thus high volumetric and gravimetric utilization as well as high efficiency. However, concentrated windings produce a very step-like distribution of the magnetic voltage, referred to as "field wave", which gives Fourier transforms a large number of harmonics with significant amplitudes. The subharmonics and harmonics of the working field wave rotate at different speeds relative to the rotor rotation during operation and thereby produce adverse effects such as eddy current losses in the rotor permanent magnet due to the electromagnetic coupling, local iron saturation in the stator and vibrations of the electric machine. The losses in the permanent magnets can be very power limiting for the machine, since the magnets heat up and a certain temperature must not be exceeded, so that the magnetic flux density does not decrease significantly or even demagnetize the magnets.

Ein Ansatz zur Beeinflussung der Magnettemperaturen liegt darin, den Rotor aus einem geeigneten Material herzustellen, mit einer ausreichend hohen Masse und demensprechend mit einer hohen thermischen Kapazität und/oder mit einer möglichst großen Oberfläche für einen konvektiven Wärmeübergang auszustatten. Obwohl die thermische Leitfähigkeit von Leichtbaumetallen wie Aluminium mit ca. 150 W/m/K bereits vielversprechend ist, reicht sie häufig nicht aus, um Verlustwärme so auf die Rotorstruktur zu leiten, dass eine homogene Temperaturverteilung sowie eine niedrige Temperatur im Magnetträger im direkten Umfeld der Magnete erreicht wird. Abhilfe wird dann mit Kühlrippen direkt am Magnetträger geschaffen, die den konvektiven Wärmeübergang durch die höhere Oberfläche verbessern, aber auch die Rotormasse erhöhen, aerodynamischen Widerstand erzeugen und mechanisch keine weitere Funktion erfüllen.One approach for influencing the magnet temperatures is to make the rotor from a suitable material, to provide it with a sufficiently high mass and thus with a high thermal capacity and / or with as large a surface as possible for a convective heat transfer. Although the thermal conductivity of lightweight metals such as aluminum is already promising at about 150 W / m / K, it is often insufficient to direct heat loss to the rotor structure in such a way that a homogeneous temperature distribution and a low temperature in the magnetic carrier in the immediate vicinity of the Magnets is achieved. Remedy is then created with cooling fins directly on the magnetic carrier, which improve the convective heat transfer through the higher surface, but also increase the rotor mass, generate aerodynamic drag and mechanically fulfill no other function.

Eine adäquate Kühlung kann auch mit Hilfe von Wärmetauschern oder, wie in der DE102016218741 erläutert, auch unter Verwendung von Wärmerohren erreicht werden. Es ist jedoch davon auszugehen, dass weitere Ansätze benötigt werden, um eine hocheffiziente Kühlung der elektrischen Maschine zu gewährleisten, um die oben genannten Schwierigkeiten zu adressieren.An adequate cooling can also with the help of heat exchangers or, as in the DE102016218741 also be achieved using heat pipes. However, it is expected that further approaches will be needed to ensure highly efficient cooling of the electric machine to address the above difficulties.

Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine effiziente Möglichkeit zur Kühlung einer elektrischen Maschine anzugeben.It is therefore an object of the present invention to provide an efficient way of cooling an electrical machine.

Diese Aufgabe wird durch den in Anspruch 1 beschriebenen Rotor sowie durch das in Anspruch 10 beschriebene Verfahren gelöst. Die Unteransprüche beschreiben vorteilhafte Ausgestaltungen.This object is achieved by the rotor described in claim 1 and by the method described in claim 10. The subclaims describe advantageous embodiments.

Der Rotor umfasst einen radial inneren Bereich, bspw. eine Nabe, einen Magnetträger, welcher radial außerhalb des radial inneren Bereichs angeordnet ist und den radial inneren Bereich umgibt, sowie zumindest eine, in der Regel aber eine Vielzahl von Speichen. Die Speiche stellt eine radiale Verbindung zwischen dem radial inneren Bereich und dem im Wesentlichen kreisringförmigen, zum Tragen eines magnetischen Mittels des Rotors, bspw. eines Permanentmagneten, ausgebildeten Magnetträger dar, erstreckt sich also zwischen dem Magnetträger und dem radial inneren Bereich. Desweiteren ist die Speiche zumindest teilweise als Heatpipe bzw. Wärmerohr mit einem Wärmetransportmedium in einem geschlossenen Hohlraum ausgebildet und derart angeordnet, dass eine am Magnetträger auftretende Wärme über das Wärmerohr von dem Magnetträger weg, bspw. in einer Richtung zum radial inneren Bereich bzw. zur Nabe hin, abtransportiert wird.The rotor comprises a radially inner region, for example a hub, a magnet carrier, which is arranged radially outside the radially inner region and surrounds the radially inner region, and at least one, but generally a plurality of spokes. The spoke is a radial connection between the radially inner region and the substantially annular, for carrying a magnetic means of the rotor, for example. A permanent magnet, formed magnetic carrier, thus extending between the magnet carrier and the radially inner region. Furthermore, the spoke is at least partially formed as a heat pipe or heat pipe with a heat transport medium in a closed cavity and arranged such that a heat occurring at the magnetic carrier via the heat pipe away from the magnetic carrier, for example. In a direction to the radially inner region or the hub out, is transported away.

Ein solches Wärmerohr kann sich bspw. an der Bauart und der Funktionsweise eines Zwei-Phasen-Thermosiphons orientieren.Such a heat pipe may, for example, be based on the design and operation of a two-phase thermosyphon.

Die Ausbildung der Speiche als Wärmerohr bedeutet, dass sich der Hohlraum zumindest teilweise in der Speiche erstreckt und dass in dem Hohlraum eine vorgegebene Menge eines fluiden Wärmetransportmediums vorgesehen ist. Diese Menge ist derart vorgegeben, dass der Hohlraum nur teilweise von dem Wärmetransportmedium in flüssigem Zustand gefüllt ist, d.h. das Volumen des Wärmetransportmediums in flüssigem Zustand ist geringer als das Volumen des Hohlraums. Das verbleibende, nicht mit flüssigem Wärmetransportmedium angefüllte Volumen des Hohlraums kann von dem Wärmetransportmedium in gasförmigem, verdampftem Zustand eingenommen werden.The formation of the spoke as a heat pipe means that the cavity extends at least partially in the spoke and that in the cavity a predetermined amount of a fluid heat transport medium is provided. This amount is predetermined such that the cavity is only partially filled by the heat transport medium in the liquid state, i. the volume of the heat transport medium in the liquid state is less than the volume of the cavity. The remaining, not filled with liquid heat transfer medium volume of the cavity can be occupied by the heat transfer medium in a gaseous, vaporized state.

Diese Ausbildung des Rotors bzw. der Speiche erlaubt also eine effiziente, passive Kühlung ohne zusätzlichen Aufwand bspw. in Form von Pumpen oder anderen Gerätschaften.This design of the rotor or the spoke thus allows efficient, passive cooling without additional effort, for example. In the form of pumps or other equipment.

Der Hohlraum weist ein erstes Ende, ein zweites Ende und einen zwischen den beiden Enden liegenden Zwischenbereich auf, wobei sich am ersten Ende ein erstes Teilvolumen des Hohlraums, am zweiten Ende ein zweites Teilvolumen des Hohlraums und im Zwischenbereich ein weiteres Teilvolumen des Hohlraums befinden. Diese drei Teilvolumina, die gemeinsam den Hohlraum bilden, sind fluidisch miteinander verbunden, so dass das im Hohlraum in gasförmigem oder flüssigem Zustand vorliegende Wärmetransportmedium ohne weiteres zwischen den Teilvolumina strömen kann. Der Hohlraum ist derart angeordnet und ausgebildet, dass das erste und das zweite Teilvolumen bzw. die entsprechenden Enden in radialer Richtung voneinander beabstandet sind. Das heißt nicht zwangsläufig, dass die Enden in tangentialer Richtung, d.h. in Umfangsrichtung, an derselben Position liegen. Bspw. ist nicht ausgeschlossen, dass die Speiche nicht exakt radial ausgerichtet ist, dass sie also unter einem Winkel a zur radialen Richtung steht und nicht parallel hierzu, wobei für diesen Winkel jedoch gelten muss a≠90°. Das erste Teilvolumen ist in thermischem Kontakt mit dem eine Wärmequelle darstellenden Magnetträger, so dass Wärme vom Magnetträger auf das flüssige Wärmetransportmedium im ersten Teilvolumen übergehen kann. Desweiteren ist zumindest das zweite Teilvolumen und vorzugsweise auch das weitere Teilvolumen in thermischem Kontakt mit einem eine Wärmesenke darstellenden, kühleren Bereich des Rotors, der im Normalbetrieb des Rotors, d.h. insbesondere wenn der Rotor bzw. die elektrische Maschine keine Fehlfunktion aufweist, eine niedrigere Temperatur aufweist, als der Magnetträger, so dass Wärme vom gasförmigen bzw. verdampften Wärmetransportmedium im zweiten und ggf. im weiteren Teilvolumen auf den kühleren Bereich übergehen kann. Durch die Verwendung von „zumindest“ wird hier bereits angedeutet, dass das weitere Teilvolumen im Zwischenbereich ebenfalls thermisch mit einem kühleren Bereich des Rotors verbunden ist. Es ist also davon auszugehen, dass das Wärmetransportmedium auch im Zwischenbereich Wärme an eine umgebende Struktur, bspw. die Wand der Speiche, abgeben kann. Diese Wand kann bereits den „kühleren Bereich“ bzw. die Wärmesenke darstellen. Es kann jedoch davon ausgegangen werden, dass die Wand thermisch mit einem weiteren Bereich verbunden ist, bspw. mit der Nabe, wohin die Wärme abfließen kann. Jedoch kann die Wärme auch direkt von der Wand abgenommen werden, da die Speiche und mit ihr die Wand bei Drehung des Rotors von der Umgebungsluft umströmt und dadurch gekühlt wird.The cavity has a first end, a second end and an intermediate region lying between the two ends, wherein at the first end a first partial volume of the cavity, at the second end a second partial volume of the cavity and in the intermediate region a further partial volume of the cavity. These three sub-volumes, which together form the cavity, are fluidically connected to one another so that the heat transport medium present in the cavity in gaseous or liquid state can readily flow between the sub-volumes. The cavity is arranged and formed such that the first and the second sub-volume or the respective ends are spaced apart in the radial direction. This does not necessarily mean that the ends are tangential, i. E. in the circumferential direction, at the same position. For example. It can not be ruled out that the spoke is not exactly radially aligned, ie that it is at an angle a to the radial direction and not parallel to it, but for this angle a ≠ 90 ° must apply. The first subvolume is in thermal contact with the magnetic carrier representing a heat source so that heat from the magnetic carrier can transfer to the liquid heat transport medium in the first subvolume. Furthermore, at least the second sub-volume, and preferably also the further sub-volume, is in thermal contact with a cooler portion of the rotor representing a heat sink which is in normal operation of the rotor, i. in particular when the rotor or the electrical machine has no malfunction, has a lower temperature than the magnetic carrier, so that heat from the gaseous or vaporized heat transfer medium in the second and possibly in the further sub-volume can pass to the cooler area. Through the use of "at least", it is already indicated here that the additional partial volume in the intermediate region is also thermally connected to a cooler region of the rotor. It is therefore to be assumed that the heat transport medium can also transfer heat to a surrounding structure, for example the wall of the spoke, in the intermediate region. This wall can already represent the "cooler area" or the heat sink. However, it can be assumed that the wall is thermally connected to another area, for example to the hub, where the heat can flow. However, the heat can also be removed directly from the wall, since the spoke and with it the wall when the rotor is rotated by the ambient air flows around and is thereby cooled.

Der Hohlraum erstreckt sich also in radialer Richtung zwischen einem vergleichsweise nabennahen, eine Wärmesenke darstellenden Bereich des Rotors und dem eine Wärmequelle darstellenden Magnetträger vom ersten zum zweiten Ende des Hohlraums. Dabei ist der Hohlraum an seinem ersten Ende in thermischem Kontakt mit dem Magnetträger, so dass die Wärme vom Magnetträger auf das Medium im Hohlraum übertragbar ist.The cavity thus extends in the radial direction between a region of the rotor that is comparatively close to the hub, a heat sink, and the magnetic carrier, which represents a heat source, from the first to the second end of the cavity. The cavity is at its first End in thermal contact with the magnetic carrier, so that the heat from the magnetic carrier is transferable to the medium in the cavity.

Das Wärmetransportmedium im Hohlraum ist derart gewählt, dass es zumindest im Normalbetrieb des Rotors aufgrund der vom Magnetträger auf das Wärmetransportmedium im ersten Teilvolumen übertragenen Wärme verdampft und zumindest bzw. spätestens im zweiten Teilvolumen, d.h. an der Wärmesenke, kondensiert. Durch „zumindest“ wird wiederum ausgedrückt, dass das Wärmetransportmedium auch auf dem Weg vom ersten zum zweiten Teilvolumen, d.h. im weiteren Teilvolumen, kondensieren kann und nicht zwangsläufig erst im zweiten Teilvolumen.The heat transport medium in the cavity is selected such that, at least during normal operation of the rotor, it evaporates due to the heat transferred from the magnetic carrier to the heat transport medium in the first partial volume and at least or at the latest in the second partial volume, i. at the heat sink, condensed. By "at least" is again expressed that the heat transport medium also on the way from the first to the second partial volume, i. in the further partial volume, can condense and not necessarily only in the second partial volume.

Der Hohlraum kann sich vorteilhafterweise in radialer Richtung über die Erstreckung der Speiche hinausgehend in den Magnetträger hinein erstrecken, so dass sich das erste Teilvolumen des Hohlraums zumindest teilweise im Magnetträger befindet. Damit befindet sich das erste Teilvolumen auch näher an der eigentlichen Wärmequelle, d.h. am magnetischen Mittel des Rotors, womit eine effizientere Kühlung gewährleistet ist.The cavity may advantageously extend in the radial direction beyond the extension of the spoke into the magnet carrier, so that the first partial volume of the cavity is at least partially located in the magnet carrier. Thus, the first partial volume is also closer to the actual heat source, i. at the magnetic means of the rotor, whereby a more efficient cooling is ensured.

Der Hohlraum weist im Bereich des ersten Teilvolumens eine tangentiale Erstreckung phi_t1_tang und im Bereich des weiteren Teilvolumens eine tangentiale Erstreckung phi_tw_tang auf, wobei das ersten Teilvolumen eine gegenüber dem weiteren Teilvolumen erweiterte Ausdehnung in tangentialer Richtung aufweist, so dass gilt phi_t1_tang > phi_tw_tang.The cavity has a tangential extension in the region of the first partial volume phi_t1_tang and in the region of the further partial volume a tangential extent phi_tw_tang , wherein the first subvolume has an extension in the tangential direction that is widened in comparison to the further subvolume, so that phi_t1_tang> phi_tw_tang applies.

Ebenso kann gelten, dass der Hohlraum im Bereich des ersten Teilvolumens eine axiale Erstreckung phi_t1_ax und im Bereich des weiteren Teilvolumens eine axiale Erstreckung phi_tw_ax aufweist, wobei das ersten Teilvolumen eine gegenüber dem weiteren Teilvolumen auch in axialer Richtung erweiterte Ausdehnung aufweist, so dass gilt phi_t1_ax > phi_tw_ax.It can also be true that the cavity in the region of the first partial volume has an axial extent phi_t1_ax and in the region of the further partial volume an axial extent phi_tw_ax wherein the first subvolume has an extension which is also widened in the axial direction compared with the further subvolume, so that phi_t1_ax> phi_tw_ax applies.

Jede dieser beiden Maßnahmen für sich bewirkt eine vergrößerte Kontaktfläche zwischen dem ersten Teilvolumen und dem Magnetträger und damit eine verbesserte Kühlwirkung.Each of these two measures per se causes an enlarged contact surface between the first sub-volume and the magnetic carrier and thus an improved cooling effect.

Die tangentiale Erstreckung der Speiche entlang des Bereichs des Zwischenbereichs kann konstant oder aber veränderlich sein. Wenn phi_t1_tang > phi_tw_tang bzw.
phi_t1_ax > phi_tw_ax gelten soll, ist die tangentiale bzw. axiale Erstreckung des ersten Teilvolumens in jedem Fall größer als diejenige des weiteren Teilvolumens im gesamten Zwischenbereich. Wenn also das weitere Teilvolumen veränderliche tangentiale bzw. axiale Erstreckungen jeweils mit einer maximalen und einer minimalen Erstreckung aufweist, ist die tangentiale bzw. axiale Erstreckung des ersten Teilvolumens größer als die jeweilige maximale Erstreckung des weiteren Teilvolumens.The tangential extent of the spoke along the area of the intermediate area may be constant or variable. If phi_t1_tang> phi_tw_tang or
phi_t1_ax> phi_tw_ax, the tangential or axial extent of the first subvolume is in any case greater than that of the further subvolume in the entire intermediate range. Thus, if the further sub-volume has variable tangential or axial extensions each with a maximum and a minimum extension, the tangential or axial extent of the first sub-volume is greater than the respective maximum extent of the further sub-volume.

Ein radialer Querschnitt des Hohlraums im Zwischenbereich kann bspw. im Wesentlichen rechteckig sein und tangentiale bzw. axiale Erstreckungen phi_tw_tang bzw. phi_tw_ax aufweisen.A radial cross section of the cavity in the intermediate region may, for example, be essentially rectangular and have tangential or axial extensions phi_tw_tang or. phi_tw_ax respectively.

„Im Wesentlichen rechteckig“ soll bedeuten, dass die den Hohlraum begrenzenden Wand parallel zueinander sind. Dabei können die entsprechenden Ecken, in denen Wände einen Winkel von ca. 90° einschließend aneinander stoßen bzw. angrenzen, tatsächlich rechtwinklig oder aber abgerundet sein."Substantially rectangular" is intended to mean that the walls bounding the cavity are parallel to each other. In this case, the corresponding corners, in which walls abut an angle of approximately 90 ° adjacent to each other or adjoin, in fact be right-angled or rounded.

Der „radiale“ Querschnitt ist derjenige Querschnitt, der sich bei radialer Blickrichtung auf den Hohlraum ergibt.The "radial" cross-section is that cross-section that results in the radial direction of view of the cavity.

Der Hohlraum weist einen ersten Bereich zum Transport einer flüssigen Phase des Wärmetransportmediums und einen zweiten Bereich zum Transport einer gasförmigen Phase des Wärmetransportmediums auf, wobei die unterschiedlichen Phasen im Betriebszustand des Rotors in entgegengesetzten Richtungen strömen. Der erste und der zweite Bereich liegen aufgrund der Drehung des Rotors in tangentialer Richtung gesehen hintereinander, wobei vorzugsweise keine Trennwand zwischen dem ersten Bereich und dem zweiten Bereich angeordnet ist. Dies wird möglich, da die beiden Strömungen allein aufgrund der Drehung des Rotors weitestgehend voneinander getrennt sind.The cavity has a first region for transporting a liquid phase of the heat transport medium and a second region for transporting a gaseous phase of the heat transport medium, wherein the different phases flow in opposite directions in the operating state of the rotor. The first and the second area are due to the rotation of the rotor in the tangential direction seen one behind the other, preferably no partition between the first region and the second region is arranged. This is possible because the two flows are largely separated from each other solely due to the rotation of the rotor.

Der radial innere Bereich, zu dem die Wärme abgeführt wird, kann bspw. eine Nabe des Rotors sein. Dabei sei angemerkt, dass der Begriff „Nabe“ derart zu verstehen ist, dass diese Nabe zum Einen dasjenige Bauteil meinen kann, mit dem der Rotor auf eine Welle aufgeschoben und daran befestigt wird. Zum Anderen soll der Begriff „Nabe“ auch diejenige Ausführung umfassen, bei der der Rotor bereits eine Welle bzw. einen Teil davon umfasst, bei der also die Welle und der Rotorgrundkörper eine integrale Einheit bilden.The radially inner region, to which the heat is dissipated, may, for example, be a hub of the rotor. It should be noted that the term "hub" is to be understood such that this hub on the one hand can mean that component with which the rotor is pushed onto a shaft and secured thereto. On the other hand, the term "hub" should also include the embodiment in which the rotor already comprises a shaft or a part thereof, in which therefore form the shaft and the rotor body an integral unit.

Der radial innere Bereich, zu dem die Wärme abgeführt wird, kann auch eine zusätzliche Strebenstruktur aufweisen, die derart angeordnet und ausgebildet ist, dass sie ein radial inneres Ende der Speiche mit der Nabe des Rotors verbindet. Die Strebenstruktur kann bspw. als Fachwerkstruktur mit einer Vielzahl von sich kreuzenden Streben ausgebildet sein.The radially inner region to which the heat is dissipated may also have an additional strut structure arranged and configured to connect a radially inner end of the spoke to the hub of the rotor. The strut structure may be formed, for example, as a framework structure with a plurality of intersecting struts.

Eine entsprechende elektrische Maschine, die als Generator oder als Elektromotors arbeiten kann, kann Teil eines Antriebssystem eines Fahrzeugs sein, insbesondere eines Luftfahrzeugs, und einen Stator sowie den beschriebenen Rotor umfassen.A corresponding electric machine, which can operate as a generator or as an electric motor, can be part of a drive system of a vehicle, in particular of an aircraft, and a stator and the rotor described.

Das entsprechende Luftfahrzeug weist also bspw. zum Antrieb eines Propellers ein Antriebssystem mit zumindest einer derartigen elektrischen Maschine auf.The corresponding aircraft thus has, for example, for driving a propeller, a drive system with at least one such electrical machine.

Bei dem Verfahren zur Kühlung des Rotors im Betrieb des Rotors, d.h. bei drehendem Rotor, bewirkt demnach das unter der Ausnutzung der Zentrifugalkraft wirkende, zumindest teilweise durch die Speiche realisierte Wärmerohr eine Kühlung des Magnetträgers des Rotors.In the method of cooling the rotor during operation of the rotor, i. When the rotor rotates, therefore, the heat pipe acting under the utilization of the centrifugal force, at least partially realized by the spoke, effects a cooling of the magnetic carrier of the rotor.

Insbesondere bei Ausgestaltung des Rotors bzw. des Hohlraums mit den oben eingeführten Teilvolumina treibt die aufgrund der Drehung des Rotors auftretende Zentrifugalkraft eine flüssige Phase des Wärmetransportmediums in das erste Teilvolumen. Zumindest ein Teil der flüssigen Phase verdampft im ersten Teilvolumen aufgrund einer von dem Magnetträger auf das erste Teilvolumen übertragenen Wärme, wodurch eine gasförmige Phase des Wärmetransportmediums gebildet wird und wodurch die Kühlung des Rotors bewirkt wird.In particular, in the embodiment of the rotor or the cavity with the sub-volumes introduced above, the centrifugal force occurring due to the rotation of the rotor drives a liquid phase of the heat-transporting medium into the first sub-volume. At least a portion of the liquid phase vaporizes in the first sub-volume due to heat transferred from the magnetic carrier to the first sub-volume, thereby forming a gaseous phase of the heat-transporting medium and causing cooling of the rotor.

Die gasförmige Phase wird aus dem ersten Teilvolumen zumindest durch weiterhin in das erste Teilvolumen getriebene flüssige Phase verdrängt. Die so verdrängte gasförmige Phase strömt entlang des weiteren Teilvolumens in Richtung zum zweiten Teilvolumen, wobei die gasförmige Phase auf dem Weg zum zweiten Teilvolumen und/oder im zweiten Teilvolumen Wärme an eine den Hohlraum umgebende Wand abgibt. Schließlich kondensiert die gasförmige Phase aufgrund des Abgebens der Wärme zur flüssigen Phase.The gaseous phase is displaced from the first partial volume at least by further driven into the first partial volume liquid phase. The thus displaced gaseous phase flows along the further partial volume in the direction of the second partial volume, wherein the gaseous phase emits heat on the way to the second partial volume and / or in the second partial volume to a wall surrounding the cavity. Finally, the gaseous phase condenses due to the release of heat to the liquid phase.

Die an die Wand abgegebene Wärme kann über die Wand in einer Richtung zur Nabe hin geführt und/oder von einem Luftstrom aufgenommen werden, der die Speiche aufgrund der Drehung des Rotors umströmt.The heat delivered to the wall may be directed across the wall in a direction toward the hub and / or received by an air flow that flows around the spoke due to the rotation of the rotor.

Die vorliegende Erfindung löst das Problem der zu hohen Temperaturen im Rotor und in den Magneten und die hieraus resultierenden Leistungsbeschränkung sowie das Problem der Reduzierung der Rotormasse und des aerodynamischen Widerstands unter den gegebenen Randbedingungen durch eine Funktionsintegration. Die für das Drehmoment relevante Biegesteifigkeit der Rotorspeichen bei gleichzeitig geringem Gewicht wird durch Hohlprofile erzeugt, die ein hohes Flächenträgheitsmoment aufweisen. Der dementsprechend zur Verfügung stehende Hohlraum in den Speichen wird basierend auf dem Konzept einer rotierenden Heatpipe genutzt. Bei Wärmerohren bzw. Heatpipes in der hier eingesetzten Anwendung handelt es sich um geschlossene zweiphasige Systeme, die einen besonders hohen Wärmetransport zwischen einer warmen und einer kalten Stelle des Rotors ermöglichen. Stark vereinfacht betrachtet bewirkt das Volumen einer funktionierenden Heatpipe eine Wärmeleitung zwischen einer Wärmequelle und einer Wärmesenke, die eine um mindestens eine Größenordnung höhere äquivalente Wärmeleitfähigkeit aufweist als das generell als vorteilhaft angesehene Leitermaterial Kupfer. Man unterscheidet zwischen Heatpipes, die aufgrund der sogenannten Docht- bzw. Kapillarwirkung arbeiten, und denjenigen, die die Schwerkraft nutzen. Im hier vorgestellten Ansatz wird auf dem Prinzip der Letztgenannten aufgebaut, wobei jedoch an die Stelle der Schwerkraft die bei Rotation des Rotors auftretende Zentrifugalkraft tritt.The present invention solves the problem of excessively high temperatures in the rotor and in the magnets and the resulting power restriction and the problem of reducing the rotor mass and the aerodynamic resistance under the given boundary conditions by a functional integration. The relevant for the torque bending stiffness of the rotor spokes at the same time low weight is generated by hollow sections, which have a high area moment of inertia. The corresponding cavity in the spokes is used based on the concept of a rotating heat pipe. Heat pipes or heat pipes in the application used here are closed two-phase systems, which allow a particularly high heat transfer between a hot and a cold point of the rotor. In a very simplified manner, the volume of a functioning heat pipe causes a heat conduction between a heat source and a heat sink, which has at least an order of magnitude higher equivalent thermal conductivity than the generally considered advantageous conductor material copper. A distinction is made between heat pipes, which work due to the so-called wick or capillary effect, and those that use gravity. In the approach presented here is based on the principle of the latter, but taking the place of gravity, the centrifugal force occurring during rotation of the rotor occurs.

Im Betrieb des Rotors ergibt sich wie einleitend beschrieben eine Aufheizung der am Magnetträger befestigten Permanentmagnete. Der dementsprechend ebenfalls erwärmte Magnetträger ist in thermischem Kontakt mit den Speichen, so dass die im Magnetträger auftretende Wärme auch zu den Speichen und dort insbesondere jeweils zu deren erstem Teilvolumen fließt. Dies bewirkt, dass das Arbeitsmedium im ersten Teilvolumen aufgrund der übertragenen Wärme verdampft. Auf dem Weg zum kälteren, radial inneren Bereich der Speiche in Richtung Rotornabe, d.h. spätestens im zweiten Teilvolumen, kondensiert das Arbeitsmedium in der Speiche. Ein Transport der flüssigen Phase des Arbeitsmediums zur Wärmequelle, d.h. zum ersten Teilvolumen, wird bei rotierendem Rotor automatisch durch die auf die Flüssigkeit wirkende Zentrifugalkraft sichergestellt. Die entsprechende Strömung dieser Flüssigkeit in das erste Teilvolumen bewirkt eine Verdrängung der dort aufgrund der Verdampfung befindlichen gasförmigen Phase des Arbeitsmediums. Zudem trifft die Flüssigkeitsströmung mit Ihrer gesamten kinetischen Energie im Wesentlichen rechtwinklig auf den heißen Bereich der Wandung des ersten Teilvolumens, welche das erste Teilvolumen vom Magnetträger trennt, und bildet hier vor der vollständigen Verdampfung eine Staupunktströmung mit entsprechend hohen Wärmeübergangskoeffizienten.During operation of the rotor, as described in the introduction, a heating of the permanent magnets attached to the magnetic carrier results. The accordingly also heated magnetic carrier is in thermal contact with the spokes, so that the heat occurring in the magnetic carrier also flows to the spokes and there in particular to each of the first sub-volume. This causes the working fluid in the first subvolume to evaporate due to the heat transferred. On the way to the colder, radially inner portion of the spoke towards the rotor hub, i. at the latest in the second partial volume, the working medium condenses in the spoke. Transport of the liquid phase of the working medium to the heat source, i. to the first partial volume, is automatically ensured by the centrifugal force acting on the liquid with a rotating rotor. The corresponding flow of this liquid into the first sub-volume causes a displacement of there located due to the evaporation gaseous phase of the working medium. In addition, the liquid flow with its total kinetic energy essentially meets the hot region of the wall of the first partial volume, which separates the first partial volume from the magnetic carrier, and forms a stagnation point flow with correspondingly high heat transfer coefficients before complete evaporation.

Der Transport der gasförmigen Phase vom ersten zum zweiten Teilvolumen wird zusätzlich zu dem durch die Verdrängung der gasförmigen Phase durch die flüssige Phase bewirkten Effekt durch die bei der Verdampfung entstehenden Druckverhältnisse sichergestellt. Da bei Drehung des Rotors insbesondere auf die flüssige Phase auch Trägheitskräfte in tangentialer Richtung wirken, ist außerdem eine weitestgehende räumliche Trennung einerseits der Flüssigkeitsströmung in Richtung zum ersten Teilvolumen und andererseits der Gasströmung in Richtung zum zweiten Teilvolumen automatisch gewährleistet. Mögliche negative Interaktionen der beiden Strömungen, bspw. Scherströmungsinstabilitäten, werden so verhindert und eine kontinuierliche Versorgung der Verdampferstelle im ersten Teilvolumen mit Flüssigkeit wird sichergestellt. Daher werden innerhalb der hohlen Speiche, im Gegensatz zu konventionellen Heatpipes, keine weiteren Wandstrukturen benötigt. Die gasförmige Phase kann sich über die gesamte Länge der Speiche abkühlen und prinzipiell an jeder radialen Position der Heatpipe, spätestens aber im zweiten Teilvolumen, unter Abgabe der Kondensationsenthalpie kondensieren. Hierbei hilft auch, dass sich die gasförmige Phase bei rotierendem Rotor in tangentialer Richtung der Staupunktlinie der äußeren Luftströmung um die Speiche befindet, in deren Nähe ein besonders hoher lokaler Wärmeübergangskoeffizient zu erwarten ist.The transport of the gaseous phase from the first to the second partial volume is ensured, in addition to the effect caused by the displacement of the gaseous phase by the liquid phase, by the pressure conditions arising during the evaporation. Since upon rotation of the rotor in particular on the liquid phase and inertial forces act in the tangential direction, a far-reaching spatial separation on the one hand the liquid flow in the direction of the first subvolume and on the other hand, the gas flow in the direction of the second subvolume is automatically guaranteed. Possible negative interactions of the two flows, for example shear flow instabilities, are so prevented and a continuous supply of the evaporator site in the first part volume with liquid is ensured. Therefore, in contrast to conventional heatpipes, no further wall structures are required within the hollow spoke. The gaseous phase can cool down over the entire length of the spoke and in principle condense at each radial position of the heat pipe, but at the latest in the second partial volume, giving off the condensation enthalpy. This also helps that the gaseous phase is located at a rotating rotor in the tangential direction of the stagnation point line of the outer air flow around the spoke, in the vicinity of which a particularly high local heat transfer coefficient can be expected.

Die Neuheit der Erfindung liegt in der Funktionsintegration einer gekapselten, passiven Zweiphasenkühlung in die Rotorspeichen, wobei sowohl strukturmechanische als auch wärmetechnische Vorteile kombiniert werden. Die Ausbildung der Speichen als geschlossene Hohlprofile ist strukturmechanisch erstrebenswert, um ihre Masse bei hoher Biege- und Torsionssteifigkeit zu minimieren. Der entstehende Hohlraum wird hier sinnvoll und effektiv genutzt, um die an den Permanentmagneten entstehende Wärme sehr effizient bei nur geringem Zusatzgewicht des Arbeitsmediums und lediglich minimalen erforderlichen Abdichtmaßnahmen von den temperaturgefährdeten Magneten weg zu transportieren und die Temperatur an der Rotorstruktur gleichmäßiger zu verteilen. Die sich im Betrieb des Rotors drehenden Speichen erzeugen sowohl die nötige Zentrifugalkraft auf die Flüssigkeit sowie eine äußere Staupunktluftströmung, die den Wärmetausch zwischen Speiche und Umgebung signifikant erhöht.The novelty of the invention lies in the functional integration of an encapsulated, passive two-phase cooling in the rotor spokes, wherein both structural mechanical and thermal advantages are combined. The formation of the spokes as closed hollow profiles is structurally desirable to minimize their mass at high bending and torsional rigidity. The resulting cavity is used here sensibly and effectively to transport the heat generated at the permanent magnets very efficiently with only a small additional weight of the working medium and only minimal sealing measures required of the temperature-prone magnets and to distribute the temperature at the rotor structure more evenly. The spokes rotating during operation of the rotor produce both the necessary centrifugal force on the liquid and an external stagnation point air flow which significantly increases the heat exchange between the spoke and the surroundings.

Die Homogenisierung der Rotortemperatur und die damit einhergehende Reduzierung der thermischen Gradienten in der Rotorstruktur haben positive Effekte auf die strukturmechanische Belastung des Rotors, da lokale Dehnungen und daraus resultierende zusätzliche Spannungen in der ohnehin hochbelasteten Struktur wesentlich verringert werden.The homogenization of the rotor temperature and the concomitant reduction of the thermal gradient in the rotor structure have positive effects on the structural mechanical load of the rotor, since local strains and resulting additional stresses in the already highly loaded structure are substantially reduced.

Der Fertigungsaufwand zur Herstellung dieser besonderen Rotorstruktur bleibt trotz des Vorsehens der in die Speichen und ggf. auch in den Magnetträger integrierten Hohlräume aufgrund der Verfügbarkeit von modernen Herstellverfahren wie bspw. dem „Additive Manufacturing“ gering. Das korrekte Abdichten und Befüllen der Heatpipes bei gleichzeitiger Einstellung des Arbeitsdrucks stellen zu berücksichtigende Prozessschritte dar, die jedoch wie bei jeder Heatpipe beherrscht werden müssen.Despite the provision of the cavities integrated in the spokes and possibly also in the magnetic carrier, the production costs for producing this special rotor structure remain low due to the availability of modern production methods such as, for example, "additive manufacturing". The correct sealing and filling of the heatpipes with simultaneous adjustment of the working pressure are to be considered process steps, which, however, must be mastered as with any heat pipe.

Der hier vorgestellte Ansatz kann grundsätzlich bei diversen Ausführungen von elektrischen Maschinen eingesetzt werden, bspw. auch bei Traktionsantrieben, insbesondere wenn mit hohen Magnettemperaturen umzugehen ist und/oder wenn es hieraus resultierende Leistungsbeschränkungen gibt.The approach presented here can in principle be used in various embodiments of electrical machines, for example, even in traction drives, especially when dealing with high magnet temperatures and / or if there are resulting performance limitations.

Allgemein kann davon ausgegangen werden, dass die Erfindung zumindest bei allen Rotoren eingesetzt werden kann, die außen gekühlt werden müssen und bei denen im Rotorbereich ein Fluid, bspw. Luft oder auch ein anderes Gas, vorbeiströmt, an das die Wärme abgegeben werden kann.In general, it can be assumed that the invention can be used at least for all rotors which have to be cooled on the outside and in which a fluid, for example air or another gas, flows past in the rotor region, to which the heat can be released.

sondern allgemein Rotoren, die außen gekühlt werden müssen und bei denen im Rotorbereich ein Fluid (Luft, anderes Gas) vorbeiströmt, an das die Wärme abgegeben werden kannbut in general rotors, which must be cooled outside and where in the rotor area a fluid (air, other gas) flows past, to which the heat can be given off

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. Dort werden gleiche Komponenten in verschiedenen Figuren durch gleiche Bezugszeichen gekennzeichnet. Es ist daher möglich, dass sich bei der Beschreibung einer zweiten Figur zu einem bestimmten Bezugszeichen, welches bereits im Zusammenhang mit einer anderen, ersten Figur erläutert wurde, keine näheren Erläuterungen finden. In einem solchen Fall kann bei der Ausführungsform der zweiten Figur davon ausgegangen werden, dass die dort mit diesem Bezugszeichen gekennzeichnete Komponente auch ohne nähere Erläuterung im Zusammenhang mit der zweiten Figur die gleichen Eigenschaften und Funktionalitäten aufweist, wie im Zusammenhang mit der ersten Figur erläutert. Desweiteren werden der Übersichtlichkeit wegen teilweise nicht sämtliche Bezugszeichen in sämtlichen Figuren dargestellt, sondern nur diejenigen, auf die in der Beschreibung der jeweiligen Figur Bezug genommen wird.In the following the invention and exemplary embodiments will be explained in more detail with reference to drawings. There, the same components in different figures are identified by the same reference numerals. It is therefore possible that in the description of a second figure for a particular reference, which has already been explained in connection with another, the first figure, no further explanation. In such a case, it can be assumed in the embodiment of the second figure that the component identified there by this reference symbol also without further explanation in connection with the second figure has the same properties and functionalities as explained in connection with the first figure. Furthermore, for the sake of clarity, not all the reference signs in all figures are shown in part, but only those which are referred to in the description of the respective figure.

Es zeigen:

1 eine elektrische Maschine,
2 eine Speiche eines Rotors der elektrischen Maschine
3 eine radiale Sicht auf ein erstes Teilvolumen eines Hohlraums des Rotors,
4 einen Querschnitt der Speiche,
5 eine weitere Ausführungsform eines Rotors,
6 eine Detailansicht der weiteren Ausführungsform,
7 ein Flugzeug mit einem Antriebssystem.

Show it:

1 an electric machine,
2 a spoke of a rotor of the electric machine
3 a radial view of a first partial volume of a cavity of the rotor,
4 a cross section of the spoke,
5 a further embodiment of a rotor,
6 a detailed view of the further embodiment,
7 an airplane with a propulsion system.

Es sei angemerkt, dass sich Begriffe wie „axial“, „radial“, „tangential“ bzw. „in Umfangsrichtung“ etc. 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, radial, tangential stets auf eine Drehachse des Rotors. Dabei beschreibt „axial“ eine Richtung parallel zur Rotationsachse, „radial“ beschreibt eine Richtung orthogonal zur Rotationsachse, auf diese zu oder auch von ihr weg, und „tangential“ ist eine Bewegung bzw. Richtung orthogonal zur Achse sowie orthogonal zur radialen Richtung, die also in konstantem radialen Abstand zur Rotationsachse und bei konstanter Axialposition kreisförmig um die Rotationsachse herum gerichtet ist. Die tangentiale Richtung kann ggf. auch als Umfangsrichtung bezeichnet werden.It should be noted that terms such as "axial", "radial", "tangential" and "circumferentially" etc. refer to the shaft or axis used in the respective figure or in the example described in each case. In other words, the directions always relate axially, radially, tangentially to an axis of rotation of the rotor. In this case, "axially" describes a direction parallel to the axis of rotation, "radial" describes a direction orthogonal to, toward or away from the axis of rotation, and "tangential" is a movement or direction orthogonal to the axis and orthogonal to the radial direction Thus, at a constant radial distance from the axis of rotation and at a constant axial position is directed in a circle around the axis of rotation around. The tangential direction may possibly also be referred to as the circumferential direction.

Weiterhin sollen die Begriffe „axial“, „radial“ bzw. „tangential“ im Zusammenhang mit einer Fläche, bspw. einer Oberfläche oder einer Querschnittsfläche, bedeuten, dass der Normalenvektor der jeweiligen axialen, radialen bzw. tangentialen Fläche in axialer, radialer bzw. tangentialer Richtung orientiert ist, wodurch die Orientierung der jeweiligen Fläche im Raum eindeutig beschrieben ist.Furthermore, the terms "axial", "radial" or "tangential" in connection with a surface, for example a surface or a cross-sectional area, mean that the normal vector of the respective axial, radial or tangential surface in the axial, radial or Tangent direction is oriented, whereby the orientation of the respective surface in space is clearly described.

Mit dem Begriff „elektromagnetische Wechselwirkung“ ist die bei einer elektrischen Maschine bekannte Wechselwirkung zwischen den Magnetfeldern der magnetischen Mittel des Rotors, bspw. Permanentmagnete, und den magnetischen Mitteln des Stators, bspw. stromdurchflossene Spulen, gemeint, aufgrund derer der Elektromotor sein Drehmoment entwickelt bzw. aufgrund derer ein Generator einen elektrischen Strom liefert.By the term "electromagnetic interaction" is meant the interaction known in an electrical machine between the magnetic fields of the magnetic means of the rotor, for example permanent magnets, and the magnetic means of the stator, for example current-carrying coils, on the basis of which the electric motor develops or develops its torque due to which a generator supplies an electric current.

Eine „drehfeste“ Verbindung zweier Komponenten, bspw. eines Rotors mit einer Welle, soll sich dadurch auszeichnen, dass sich eine Rotation einer der Komponenten grundsätzlich auf die andere Komponente überträgt. Gleiches gilt für den Fall, dass eine der Komponenten abgebremst wird. In diesem Fall wird aufgrund der drehfesten Verbindung auch die jeweils andere Komponente gebremst. Es kann davon ausgegangen werden, dass die Rotationsfrequenzen bzw. Drehzahlen zweier drehfest miteinander verbundener Komponenten stets identisch sind.A "non-rotatable" connection of two components, for example a rotor with a shaft, should be distinguished by the fact that a rotation of one of the components basically transfers to the other component. The same applies in the event that one of the components is braked. In this case, the other component is also braked due to the rotationally fixed connection. It can be assumed that the rotational frequencies or rotational speeds of two rotatably connected components are always identical.

Weiterhin sei angemerkt, dass im Rahmen der Beschreibung die Begriffe „flüssige Phase“ und „flüssiges Wärmetransportmedium“ synonym verwendet werden und denselben Gegenstand bezeichnen. Gleiches gilt für die Begriffe „gasförmige Phase“ und „gasförmiges Wärmetransportmedium“.It should also be noted that in the context of the description the terms "liquid phase" and "liquid heat transport medium" are used interchangeably and designate the same article. The same applies to the terms "gaseous phase" and "gaseous heat transport medium".

Die 1 zeigt exemplarisch eine als Elektromotor ausgebildete elektrische Maschine 100, wie sie im Stand der Technik bekannt ist. 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 stark vereinfacht ist und desweiteren einige der im Zusammenhang mit den weiteren Figuren erläuterten Details nicht zeigt, sondern lediglich zur Veranschaulichung der grundsätzlichen Funktionsweise des Elektromotors dient. 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 1 shows an example of an electric motor designed as an electric motor 100 as known in the art. It should be noted that the electric machine 100 basically can be operated as a generator in a similar structure. Furthermore, it should be noted that the structure of the machine described below is greatly simplified and furthermore some of the details explained in connection with the other figures does not show, but only serves to illustrate the basic operation of the electric motor. 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 120 sowie einen als Innenläufer ausgebildeten Rotor 110 auf, wobei der Rotor 110 innerhalb des Stators 120 angeordnet ist und im Betriebszustand des Elektromotors 100 um eine Rotationsachse rotiert. Der Rotor 110 weist eine im Wesentlichen kreisringförmige Einrichtung 112 auf, an der die magnetischen Mittel 111 des Rotors 110 angeordnet sind. Die Einrichtung 112 kann auch als Magnetträger 112 bezeichnet werden, an dem die als Permanentmagnete ausgebildeten magnetischen Mittel 111 des Rotors befestigt sind. Der Übersichtlichkeit wegen sind nur einige weniger der Permanentmagnete 111 mit Bezugszeichen gekennzeichnet. Der Rotor 110 ist außen von einer sogenannten Bandage 113 umgeben, die bewirkt, dass die Magnete 111 auch bei Rotation des Rotors 110 und trotz der dabei auftretenden Zentrifugalkräfte an ihrer jeweiligen Position am Magnetträger 112 gehalten werden. Die Bandage 113 drückt die Permanentmagnete 111 zum Magnetträger 112, wodurch eine Flächenpressung an Kontaktstellen zwischen jeweiligem Magnet 111 und der Oberfläche des Magnetträgers 112 entsteht. Die Bandage 113 kompensiert dadurch typischerweise die in radialer Richtung wirkenden Zentrifugalkräfte sowie aufgrund der Flächenpressung auch in tangentialer Richtung wirkende Trägheitskräfte.The electric motor 100 has a stator 120 and a rotor formed as an inner rotor 110 on, with the rotor 110 inside the stator 120 is arranged and in the operating state of the electric motor 100 rotated about a rotation axis. The rotor 110 has a substantially annular device 112 on, at which the magnetic means 111 of the rotor 110 are arranged. The device 112 Can also be used as a magnet carrier 112 be designated, on which the magnetic means designed as a permanent magnet 111 attached to the rotor. For clarity, only a few of the permanent magnets 111 marked with reference number. The rotor 110 is outside of a so-called bandage 113 surrounded, which causes the magnets 111 also during rotation of the rotor 110 and despite the centrifugal forces occurring at their respective position on the magnet carrier 112 being held. The bandage 113 pushes the permanent magnets 111 to the magnet carrier 112 , whereby a surface pressure at contact points between the respective magnet 111 and the surface of the magnetic carrier 112 arises. The bandage 113 As a result, it typically compensates for the centrifugal forces acting in the radial direction as well as inertial forces acting in the tangential direction due to the surface pressure.

Der Rotor 110 ist als Speichenrotor ausgebildet, d.h. es sind mehrere Speichen 114 vorgesehen, die einen radial inneren Bereich 115 des Rotors 110 mit dem Magnetträger 112 verbinden. Der radial innere Bereich 115 des Rotors 110, welcher insbesondere radial innerhalb des und konzentrisch zum Magnetträgers 112 angeordnet ist, ist in dem in 1 dargestellten Fall die Nabe 115n des Rotors 110, über die der Rotor 110 drehfest mit einer nicht dargestellten Welle verbunden ist, so dass eine Rotation des Rotors 110 über die Welle auf eine ebenfalls nicht dargestellte anzutreibende Komponente, bspw. auf einen Propeller eines Flugzeugs, übertragbar ist. Der radial innere Bereich 115 kann alternativ, wie bspw. in 5 dargestellt, weitere Komponenten umfassen.The rotor 110 is designed as a spoke rotor, ie there are several spokes 114 provided, which has a radially inner region 115 of the rotor 110 with the magnetic carrier 112 connect. The radially inner area 115 of the rotor 110 , which in particular radially within and concentric with the magnet carrier 112 is arranged in the in 1 illustrated case the hub 115n of the rotor 110 about which the rotor 110 rotatably connected to a shaft, not shown, so that a rotation of the rotor 110 on the shaft to a driven component, also not shown, for example. On a propeller of an aircraft, transferable. The radially inner area 115 can alternatively, such as in 5 shown, include other components.

Der Stator 120 weist erste magnetische Mittel 121 auf, die bspw. als Statorwicklungen 121 realisiert sein können. Jede der Wicklungen 121 wird durch einen elektrischen Leiter gebildet, der im Betriebszustand des Elektromotors 100 von einem elektrischen Strom, der über eine elektrische Verbindung 201 von einer Stromquelle 200 bereitgestellt wird, durchflossen wird.The stator 120 has first magnetic means 121 on, for example, as a stator windings 121 can be realized. Each of the windings 121 is going through an electrical conductor formed in the operating state of the electric motor 100 from an electrical current that has an electrical connection 201 from a power source 200 is provided, is flowed through.

Die ersten und die zweiten magnetischen Mittel 121, 111 sind derart ausgebildet und durch einen Luftspalt 150 voneinander beabstandet zueinander angeordnet, dass sie im Betriebszustand des Elektromotors 100 elektromagnetisch miteinander wechselwirken. Dieses Konzept einschließlich der Bedingungen für die Ausbildung und genaue Anordnung der magnetischen Mittel 111, 121 bzw. von Rotor 110 und Stator 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 121 mit Hilfe der Stromquelle 200 mit einem elektrischen Strom beaufschlagt werden, der bewirkt, dass die Wicklungen 121 dementsprechende Magnetfelder erzeugen, welche mit den Magnetfeldern der Permanentmagnete 111 des Rotors 110 in elektromagnetische Wechselwirkung treten. Dies resultiert darin, dass ein Drehmoment auf die Permanentmagnete 111 wirkt, welches unter der Voraussetzung, dass die Permanentmagnete 111 ausreichend fest mit dem Magnetträger 112 verbunden sind, darin resultiert, dass bei geeigneter Ausbildung und Anordnung der genannten Komponenten zueinander der Rotor 110 in Rotation versetzt wird, wobei die Speichen 114 die Übertragung des entsprechenden Drehmoments vom Magnetträger 112 auf die Nabe 115n bewirken.The first and the second magnetic means 121 . 111 are formed and through an air gap 150 spaced apart from each other that they are in the operating state of the electric motor 100 Electromagnetically interact with each other. This concept including the conditions for the formation and accurate arrangement of the magnetic means 111 . 121 or rotor 110 and stator 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 121 with the help of the power source 200 be subjected to an electric current, which causes the windings 121 generate corresponding magnetic fields, which with the magnetic fields of the permanent magnets 111 of the rotor 110 in electromagnetic interaction. This results in a torque on the permanent magnets 111 acts, which is provided that the permanent magnets 111 sufficiently strong with the magnetic carrier 112 results in that, with a suitable design and arrangement of said components to each other, the rotor 110 is rotated, with the spokes 114 the transmission of the corresponding torque from the magnet carrier 112 on the hub 115n effect.

Die 2 zeigt nicht mehr die vollständige Maschine 100, sondern lediglich den in der 1 mit „II“ gekennzeichneten Bereich, um exemplarisch für eine der Speichen 114 das Konzept der vorliegenden Erfindung zu erläutern. Es sei angemerkt, dass vorzugsweise auch die übrigen Speichen 114 des in der 1 dargestellten Rotors 110 wie die in der 2 dargestellte Speiche 114 ausgebildet sind.The 2 no longer shows the complete machine 100 , but only in the 1 With " II "Marked area to exemplify one of the spokes 114 to explain the concept of the present invention. It should be noted that preferably also the other spokes 114 in the 1 represented rotor 110 like those in the 2 illustrated spoke 114 are formed.

Die Speiche 114 des Rotors 110 erstreckt sich wie bereits erwähnt zwischen dem Magnetträger 112 mit den Permanentmagneten 111 und einem radial inneren Bereich 115 des Rotors 110, bspw. der Nabe 115n. Im Betrieb des Rotors 110 bzw. der elektrischen Maschine 100 kommt es zu einer Wärmeentwicklung in den Permanentmagneten 111, wobei die entstehende Wärme zumindest teilweise auf den Magnetträger 112 übergeht. Um diese Wärme aufzunehmen und in Richtung zur Nabe 115n hin abzuführen ist die Speiche 114, so wie auch die übrigen Speichen 114, als Wärmerohr bzw. als sogenannte „Heatpipe“ ausgebildet und weist dementsprechend einen Hohlraum 116 mit einem Wärmetransportmedium 117 auf. Der Hohlraum 116 ist teilweise mit einer flüssigen Phase 117f des Wärmetransportmediums 117 gefüllt. In dem nicht mit flüssigem Wärmetransportmedium 117f gefüllten Bereich des Hohlraums 116 kann sich je nach vorherrschender Temperatur zumindest zum Teil eine gasförmige Phase 117g des Wärmetransportmediums 117 befinden.The spoke 114 of the rotor 110 extends as already mentioned between the magnet carrier 112 with the permanent magnets 111 and a radially inner region 115 of the rotor 110 , for example, the hub 115n , In operation of the rotor 110 or the electric machine 100 There is a generation of heat in the permanent magnet 111 , wherein the resulting heat at least partially on the magnetic carrier 112 passes. To absorb this heat and towards the hub 115n to dissipate is the spoke 114 , as well as the other spokes 114 , designed as a heat pipe or as a so-called "heat pipe" and accordingly has a cavity 116 with a heat transport medium 117 on. The cavity 116 is partly with a liquid phase 117f the heat transport medium 117 filled. In the not with liquid heat transport medium 117f filled area of the cavity 116 Depending on the prevailing temperature, at least in part a gaseous phase 117g the heat transport medium 117 are located.

Der Hohlraum 116 erstreckt sich zwischen einem ersten Ende, einem zweiten Ende und einen zwischen den beiden Enden liegenden Zwischenbereich, wobei sich am ersten Ende ein erstes Teilvolumen 116 1 des Hohlraums 116, am zweiten Ende ein zweites Teilvolumen 116 2 des Hohlraums 116 und im Zwischenbereich ein weiteres Teilvolumen 116 w des Hohlraums 116 befinden. Die Teilvolumina 116_1, 116_2, 116_w sind fluidisch miteinander verbunden, so dass das Wärmetransportmedium 117 in flüssigem oder in gasförmigem Zustand 117f, 117g zwischen den Teilvolumina 116_1, 116_2, 116_w fließen kann.The cavity 116 extends between a first end, a second end and an intermediate region lying between the two ends, wherein at the first end a first partial volume 116 1 of the cavity 116 , at the second end a second partial volume 116 2 of the cavity 116 and in the intermediate area a further sub-volume 116 w of the cavity 116 are located. The partial volumes 116_1 . 116_2 . 116_w are fluidly connected to each other, so that the heat transport medium 117 in liquid or gaseous state 117f . 117g between the sub-volumes 116_1 . 116_2 . 116_w can flow.

Der Hohlraum 116 ist derart angeordnet und ausgebildet, dass das erste 116_1 und das zweite Teilvolumen 116 2 bzw. die entsprechenden Enden in radialer Richtung voneinander beabstandet sind, dass also die radialen Positionen R1, R2 der Teilvolumina 116_1, 116_2 unterschiedlich sind. Dabei liegt das erste Teilvolumen 116 1 radial außerhalb des zweiten Teilvolumens 116_2, d.h. R1 > R2. Es sei betont, dass dies keine Schlussfolgerung darauf zulässt, an welchen Positionen T1, T2 die Teilvolumina 116_1, 116_2 in tangentialer Richtung angeordnet sind. Dabei sind die tangentialen Positionen T1, T2 bspw. in Form von Winkeln gegenüber einem Bezug B beschreibbar. Bei exakt in radialer Richtung orientierter Speiche 114, wie bei der in 2 dargestellten Ausführung, sind die Teilvolumina 116_1, 116 2 an der gleichen tangentialen Position T1 = T2 = 90° angeordnet. Bei einer gegenüber der radialen Richtung verdrehten Speiche 114 (nicht dargestellt) wären die tangentialen Positionen T1, T2 der Teilvolumina 116_1, 116_2 unterschiedlich. In beiden Fällen, d.h. unabhängig von den tangentialen Positionen T1, T2 der Teilvolumina 116_1, 116_2 sind aber die radialen Positionen R1, R2 derart unterschiedlich gewählt, dass das erste Teilvolumen 116 1 radial außerhalb des zweiten Teilvolumens 116 2 liegt, d.h. R1 > R2.The cavity 116 is arranged and configured such that the first 116_1 and the second subvolume 116 2 or the corresponding ends are spaced apart in the radial direction, that is, the radial positions R1 . R2 the partial volumes 116_1 . 116_2 are different. This is the first partial volume 116 1 radially outside the second sub-volume 116_2 ie R1> R2. It should be stressed that this does not allow conclusions to be drawn in which positions T1 . T2 the partial volumes 116_1 . 116_2 are arranged in the tangential direction. Here are the tangential positions T1 . T2 For example, in the form of angles relative to a reference B writable. When exactly oriented in the radial direction spoke 114 as in the case of 2 illustrated embodiment, are the sub-volumes 116_1 , 116 2 are arranged at the same tangential position T1 = T2 = 90 °. In a relation to the radial direction twisted spoke 114 (not shown) would be the tangential positions T1 . T2 the partial volumes 116_1 . 116_2 differently. In both cases, ie independent of the tangential positions T1 . T2 the partial volumes 116_1 . 116_2 but are the radial positions R1 . R2 chosen so different that the first subvolume 116 1 radially outside the second sub-volume 116 2 lies, ie R1> R2.

Das erste Teilvolumen 116 1 ist in thermischem Kontakt mit dem im Betrieb der elektrischen Maschine 100 bzw. des Rotors 110 eine Wärmequelle darstellenden Magnetträger 112, so dass Wärme vom Magnetträger 112 auf das flüssige Wärmetransportmedium 117f im ersten Teilvolumen 116_1 übergehen kann. Ebenso ist zumindest das zweite Teilvolumen 116_2 und vorzugsweise auch das weitere Teilvolumen 116_w in thermischem Kontakt mit einem eine Wärmesenke darstellenden, kühleren Bereich des Rotors 110, der im Normalbetrieb des Rotors 110 eine niedrigere Temperatur aufweist, als der Magnetträger 112, so dass Wärme vom gasförmigen bzw. verdampften Wärmetransportmedium 117g im zweiten Teilvolumen 116 2 auf den kühleren Bereich übergehen kann. Der kühlere Bereich liegt im radial inneren Bereich 115 und kann bspw. die Nabe 115n sein, wobei die Wärme vom gasförmigen Teil 117g des Wärmetransportmediums 117 zunächst an die den Hohlraum 116 umgebenden Wand 118 der Speiche 114 abgegeben und über diese zur Nabe 115n geleitet werden kann. Die Abgabe der Wärme vom gasförmigen Wärmetransportmedium 117g an die Wand 118 der Speiche 114 erfolgt insbesondere im Bereich des zweiten Teilvolumens 116 2, kann aber natürlich auch auf dem Weg vom ersten Teilvolumen 116 1 zum zweiten Teilvolumen 116 2 entlang des weiteren Teilvolumens 116 w erfolgen. Das weitere Teilvolumen 116 w im Zwischenbereich ist demnach ebenfalls thermisch mit dem kühleren Bereich des Rotors 110 verbunden. Es ist also davon auszugehen, dass das Wärmetransportmedium 117 auch im Zwischenbereich Wärme an eine umgebende Struktur, bspw. an die Wand 118 der Speiche 114, abgeben kann.The first partial volume 116 1 is in thermal contact with the operation of the electric machine 100 or the rotor 110 a heat source representing magnetic carrier 112 so that heat from the magnet carrier 112 on the liquid heat transport medium 117f in the first partial volume 116_1 can go over. Likewise, at least the second subvolume 116_2 and preferably also the further partial volume 116_w in thermal contact with a cooler portion of the rotor, representing a heat sink 110 in the normal operation of the rotor 110 has a lower temperature than the magnetic carrier 112 , so that heat from the gaseous or vaporized heat transport medium 117g in the second partial volume 116 2 can move to the cooler area. The cooler area is in the radially inner area 115 and can, for example, the hub 115n be, with the heat from the gaseous part 117g the heat transport medium 117 first to the the cavity 116 surrounding wall 118 the spoke 114 delivered and about this to the hub 115n can be directed. The release of heat from the gaseous heat transport medium 117g On Wall 118 the spoke 114 takes place in particular in the region of the second partial volume 116 2 , but of course also on the way from the first partial volume 116 1 to the second partial volume 116 2 along the further sub-volume 116 w take place. The further partial volume 116 w in the intermediate region is accordingly also thermal with the cooler region of the rotor 110 connected. It can therefore be assumed that the heat transport medium 117 also in the intermediate area heat to a surrounding structure, eg. On the wall 118 the spoke 114 , can give.

Der Hohlraum 116 erstreckt sich also in radialer Richtung zwischen einem vergleichsweise nabennahen, eine Wärmesenke darstellenden Bereich des Rotors 110 und dem eine Wärmequelle darstellenden Magnetträger 112 vom ersten zum zweiten Ende des Hohlraums 116. Dabei ist der Hohlraum 116 an seinem ersten Ende in thermischem Kontakt mit dem Magnetträger 112, so dass die Wärme vom Magnetträger 112 auf das Medium 117 im Hohlraum 116 übertragbar ist.The cavity 116 thus extends in the radial direction between a comparatively near-hub, a heat sink performing region of the rotor 110 and the magnetic source representing a heat source 112 from the first to the second end of the cavity 116 , Here is the cavity 116 at its first end in thermal contact with the magnet carrier 112 so that the heat from the magnet carrier 112 on the medium 117 in the cavity 116 is transferable.

Wie in der 2 verdeutlicht erstreckt sich der Hohlraum 116 in der radialen Richtung über die Erstreckung der eigentlichen Speiche 114 hinausgehend in den Magnetträger 112 hinein, so dass sich das erste Teilvolumen 116 1 des Hohlraums 116 zumindest teilweise im Magnetträger 112 befindet und nur ein Teil des Hohlraum 116 in der Speiche 114 lokalisiert ist. Hiermit wird erreicht, dass das erste Teilvolumen 116_1 möglichst nah an der eigentlichen Wärmequelle, d.h. am Permanentmagneten 111, angeordnet ist, was einen effektiveren Wärmeabtransport von den Permanentmagneten 111 gewährleistet. Durch das Positionieren des ersten Teilvolumens 116 1 im Magnetträger 112 kann desweiteren vorteilhaft ausgenutzt werden, dass der Magnetträger 112 als Kreisring insbesondere in der tangentialen Richtung bzw. Umfangsrichtung eine größere Erstreckung aufweist als die Speichen 114. Dementsprechend steht im Magnetträger 112 Platz für eine vergrößerte tangentiale Erstreckung des ersten Teilvolumens 116 1 zur Verfügung. Dies ausnutzend weist der Hohlraum 116 im Bereich des ersten Teilvolumens 116 1 eine tangentiale Erstreckung phi_t1_tang auf, die größer ist als die tangentiale Erstreckung phi_tw_tang des Hohlraums 116 im Bereich des weiteren Teilvolumens 116 w. Das erste Teilvolumen 116 1 weist entsprechend der vergrößerten tangentialen Erstreckung eine vergrößerte Oberfläche bzw. eine vergrößerte Kontaktfläche mit dem das erste Teilvolumen 116_1 umgebenden Magnetträger 112 auf. Dies bewirkt einen größeren Wärmeübertrag vom Magnetträger 112 auf das im ersten Teilvolumen 116 1 befindliche flüssige Wärmetransportmedium 117f und damit eine verbesserte Kühlleistung.Like in the 2 clarifies the cavity extends 116 in the radial direction over the extent of the actual spoke 114 going out in the magnet carrier 112 into it, so that the first partial volume 116 1 of the cavity 116 at least partially in the magnet carrier 112 located and only part of the cavity 116 in the spoke 114 is localized. This ensures that the first partial volume 116_1 as close as possible to the actual heat source, ie the permanent magnet 111 , which gives a more effective heat dissipation from the permanent magnets 111 guaranteed. By positioning the first sub-volume 116 1 in the magnet carrier 112 can be further advantageously exploited that the magnetic carrier 112 as a circular ring in particular in the tangential direction or circumferential direction has a greater extent than the spokes 114 , Accordingly, stands in the magnetic carrier 112 Space for an enlarged tangential extension of the first sub-volume 116 1 to disposal. Utilizing this advantage, the cavity has 116 in the range of the first partial volume 116 1 a tangential extension phi_t1_tang which is larger than the tangential extent phi_tw_tang of the cavity 116 in the range of the further sub-volume 116 w. The first partial volume 116 1 has corresponding to the enlarged tangential extent an enlarged surface or an enlarged contact surface with the first sub-volume 116_1 surrounding magnet carrier 112 on. This causes a greater heat transfer from the magnet carrier 112 on the first subvolume 116 1 located liquid heat transport medium 117f and thus an improved cooling performance.

Auch in axialer Richtung kann für den Fall, dass sich der Hohlraum 116 in den Magnetträger 112 hinein erstreckt, vorgesehen sein, dass der Hohlraum 116 und insbesondere das erste Teilvolumen 116_1 eine Erstreckung phi_t1_ax aufweist, die größer ist als die axiale Erstreckung phi_tw_ax des Hohlraums 116 im Bereich des weiteren Teilvolumens 116 w. Diese Maßnahme bewirkt ebenfalls wie oben beschrieben eine verbesserte Kühlleitung aufgrund der vergrößerten Kontaktfläche zwischen erstem Teilvolumen 116_1 und Magnetträger 112. Die 3 zeigt eine radiale Blickrichtung auf das mit vergrößerten axialen und tangentialen Erstreckungen ausgestattete erste Teilvolumen 116_1 mit Teilen des umgebenden Magnetträgers 112 im in der 2 mit „III“ gekennzeichneten Schnitt, wobei das Wärmetransportmedium in der 3 nicht dargestellt ist.Also in the axial direction can in the event that the cavity 116 in the magnetic carrier 112 extends into it, be provided that the cavity 116 and in particular the first sub-volume 116_1 an extension phi_t1_ax which is greater than the axial extent phi_tw_ax of the cavity 116 in the range of the further sub-volume 116 w. This measure also causes an improved cooling line as described above due to the increased contact area between the first partial volume 116_1 and magnetic carrier 112 , The 3 shows a radial line of sight on the equipped with enlarged axial and tangential extensions first partial volume 116_1 with parts of the surrounding magnet carrier 112 im in the 2 With " III "Marked section, wherein the heat transport medium in the 3 not shown.

Die 4 zeigt eine radiale Sicht auf das weitere Teilvolumen 116_w im in der 2 mit „IV“ gekennzeichneten Schnitt und in der durch die Pfeile symbolisierten Blickrichtung, wobei zusätzlich die Strömungsrichtungen der gasförmigen Phase 117g und der flüssigen Phase 117f dargestellt sind. Die Speiche 114 kann einen im Wesentlichen rechteckigen bzw. sogar quadratischen Querschnitt aufweisen. Der Hohlraum 116 in diesem Bereich, d.h. das weitere Teilvolumen 116_w weist typischerweise die gleiche Form auf, wie die das weitere Teilvolumen 116_w umgebende Speiche 114, jedoch natürlich mit geringeren Abmessungen. Bspw. kann das weitere Teilvolumen 116_w in diesem Bereich, wie in der 4 angedeutet, in axialer Richtung und in tangentialer Richtung gleiche Erstreckungen phi_tw_ax = phi_tw_tang aufweisen.The 4 shows a radial view of the further partial volume 116_w im in the 2 With " IV "Marked section and in the symbolized by the arrows viewing direction, where additionally the flow directions of the gaseous phase 117g and the liquid phase 117f are shown. The spoke 114 may have a substantially rectangular or even square cross-section. The cavity 116 in this area, ie the further partial volume 116_w typically has the same shape as the other sub-volume 116_w surrounding spoke 114 , but of course with smaller dimensions. For example. can the further partial volume 116_w in this area, as in the 4 indicated, in the axial direction and in the tangential direction have the same extensions phi_tw_ax = phi_tw_tang.

„Im Wesentlichen rechteckig“ soll hier bedeuten, dass die den Hohlraum 116 begrenzenden Wände 118 parallel zueinander sind. Dabei können die entsprechenden Ecken, in denen Wände einen Winkel von ca. 90° einschließend aneinander stoßen bzw. angrenzen, tatsächlich rechtwinklig oder aber, wie in der 4 angedeutet, abgerundet sein."Substantially rectangular" means here that the cavity 116 bounding walls 118 are parallel to each other. In this case, the corresponding corners, in which walls at an angle of approximately 90 ° eineinander abutting or adjoin, in fact perpendicular or, as in the 4 indicated, rounded off.

Die 4 sowie auch schon die 2 zeigen desweiteren, dass der Hohlraum 116 einen ersten Bereich 116f zum Transport der flüssigen Phase 117f des Wärmetransportmediums 117 sowie einen zweiten Bereich 116g zum Transport der gasförmigen Phase 117g des Wärmetransportmediums 117 aufweist. Die Bereiche 116g, 116f des Hohlraums 116 erstrecken sich entlang des Hohlraums 116 zwischen dem ersten 116_1 und dem zweiten Teilvolumen 116_2. Der erste Bereich 116f und der zweite Bereich 116g liegen in tangentialer Richtung gesehen derart hintereinander, dass in Drehrichtung ROT des Rotors 110 gesehen der erste Bereich 116f hinter dem zweiten Bereich 116g liegt. Dies ergibt sich bei beschleunigendem Rotor 110 automatisch aufgrund der unterschiedlichen Trägheiten von Flüssigkeiten und Gasen. Nach der Beschleunigung, d.h. in einem Zustand konstanter Trägheit, tritt die Trägheitskraft wegen fehlender Beschleunigung nicht mehr auf. Allerdings bildet sich durch die Zentrifugalkraft erzeugte Bewegung eine weitere Scheinkraft auf die sich bewegende flüssige Phase 117f, nämlich die Corioliskraft. Diese bewirkt, dass die flüssige Phase 117f vorzugsweise an eine Wand gedrückt wird, weswegen die Darstellung in 4 zutreffend ist.The 4 as well as the 2 show further that the cavity 116 a first area 116f for transporting the liquid phase 117f the heat transport medium 117 as well as a second area 116g for transporting the gaseous phase 117g the heat transport medium 117 having. The areas 116g . 116f of the cavity 116 extend along the cavity 116 between the first 116_1 and the second subvolume 116_2 , The first area 116f and the second area 116g lie in the tangential direction seen one behind the other, that in the direction of rotation RED of the rotor 110 seen the first area 116f behind the second area 116g lies. This results in accelerating the rotor 110 automatically due to the different inertia of liquids and gases. After the acceleration, ie in a state of constant inertia, the inertial force no longer occurs due to lack of acceleration. However, motion generated by the centrifugal force forms another apparent force on the moving liquid phase 117f , namely the Coriolis force. This causes the liquid phase 117f is preferably pressed against a wall, which is why the representation in 4 is true.

Aufgrund dieser Effekte der automatischen Trennung der flüssigen Phase 117f und der gasförmigen Phase 117g des Wärmetransportmediums 117 kann vorteilhafterweise und im Unterschied zu gängigen Wärmerohren auf Trennwände o.ä. zur Trennung der Phasen 117f, 117g verzichtet werden. Das gasförmige 117g und das flüssige Wärmetransportmedium 117f strömen in entgegengesetzten Richtungen aneinander vorbei, vermischen sich aber trotz der nicht vorhandenen Trennwand nicht wesentlich miteinander und stören sich nicht gegenseitig.Due to these effects of automatic separation of the liquid phase 117f and the gaseous phase 117g the heat transport medium 117 can advantageously and in contrast to common heat pipes on partitions o.ä. to separate the phases 117f . 117g be waived. The gaseous 117g and the liquid heat transport medium 117f flow past each other in opposite directions, but do not mix substantially with each other despite the non-existent partition and do not interfere with each other.

Insbesondere mit Bezug auf die 2-4 wird im Folgenden die Funktionsweise des hier zum Einsatz kommenden Kühlkonzeptes erläutert.With particular reference to the 2-4 In the following, the mode of operation of the cooling concept used here will be explained.

Im Normalbetrieb des Rotors 110 entwickelt sich am Rotor 110 und insbesondere an den Permanentmagneten 111 eine erhöhte Temperatur. In entsprechender Weise erwärmt sich auch der Magnetträger 112 zumindest in dem Bereich, in dem die erwärmten Magnete 111 angeordnet sind. Diese Wärme geht aufgrund der thermischen Verbindung des Magnetträgers 112 mit dem ersten Teilvolumen 116 1 auf das im ersten Teilvolumen 116 1 befindliche Wärmetransportmedium 117 über, wodurch insbesondere bewirkt wird, dass das flüssige Wärmetransportmedium 117f verdampft und somit in gasförmiges Wärmetransportmedium 117g übergeht. Im Endeffekt wird hierdurch die Kühlung der Permanentmagnete 111 erreicht.In normal operation of the rotor 110 develops on the rotor 110 and in particular to the permanent magnet 111 an elevated temperature. Similarly, the magnet carrier heats up as well 112 at least in the area where the heated magnets 111 are arranged. This heat is due to the thermal connection of the magnetic carrier 112 with the first partial volume 116 1 on the first subvolume 116 1 located heat transfer medium 117 over, which in particular causes the liquid heat transport medium 117f evaporates and thus in gaseous heat transport medium 117g passes. In effect, this will cause the cooling of the permanent magnets 111 reached.

Da aufgrund der Drehung des Rotors 110 und der entsprechenden Zentrifugalkraft auf die flüssige Phase 117f des Wärmetransportmediums 117 diese flüssige Phase 117f in radialer Richtung nach außen in das erste Teilvolumen 116 1 gedrückt wird, verdrängt die so nachkommende flüssige Phase 117f die soeben entstandene gasförmige Phase 117g des Wärmetransportmediums aus dem ersten Teilvolumen 116_1, was letztlich darin mündet, dass das gasförmige Wärmetransportmedium 117g vom ersten 116_1 zum zweiten Teilvolumen 116_2 getrieben wird. Zudem wird der Transport der gasförmigen Phase 117g vom ersten 116_1 zum zweiten Teilvolumen 116_2 -zusätzlich zu dem durch die Verdrängung der gasförmigen Phase 117g durch die flüssige Phase 117f bewirkten Effekt- durch die bei der Verdampfung entstehenden Druckverhältnisse bewirkt.Because of the rotation of the rotor 110 and the corresponding centrifugal force on the liquid phase 117f the heat transport medium 117 this liquid phase 117f in the radial direction outwards into the first partial volume 116 1 is pressed, displaces the so nachkommende liquid phase 117f the just formed gaseous phase 117g the heat transport medium from the first subvolume 116_1 , which ultimately results in that the gaseous heat transport medium 117g from the first 116_1 to the second partial volume 116_2 is driven. In addition, the transport of the gaseous phase 117g from the first 116_1 to the second partial volume 116_2 in addition to the displacement of the gaseous phase 117g through the liquid phase 117f effect caused by the resulting pressure in the evaporation pressure conditions.

Das entlang der Wand 118 der Speiche 114 vom ersten 116_1 zum zweiten Teilvolumen 116_2 strömende gasförmige Wärmetransportmedium 117g kann entlang dieses Weges Wärme an die Wand 118 abgeben, so dass das Wärmetransportmedium spätestens beim Erreichen des zweiten Teilvolumens 116_2 eine niedrigere Temperatur erreicht hat und dementsprechend in die flüssige Phase 117f übergeht. Dieser Übergang in die flüssige Phase 117f kann bei entsprechender Entwicklung der Temperatur jedoch auch schon vor Erreichen des zweiten Teilvolumens 116_2 erfolgen, d.h. im Bereich des weiteren Teilvolumens 116 w.That along the wall 118 the spoke 114 from the first 116_1 to the second partial volume 116_2 flowing gaseous heat transport medium 117g can heat up the wall along this path 118 leave, so that the heat transfer medium at the latest when reaching the second partial volume 116_2 has reached a lower temperature and accordingly in the liquid phase 117f passes. This transition to the liquid phase 117f However, with appropriate development of the temperature, even before reaching the second partial volume 116_2 take place, ie in the range of the further sub-volume 116 w.

Auf das somit wieder bereit stehende flüssige Wärmetransportmedium 117f wirkt bei drehendem Rotor 110 wiederum die Zentrifugalkraft, so dass das flüssige Medium 117f wieder radial nach außen in Richtung zum ersten Teilvolumen 116_1 getrieben wird, wo es wie oben beschrieben wieder verdampft, so dass der beschriebene Kreislauf erneut beginnt.On the thus again ready liquid heat transport medium 117f works with rotating rotor 110 turn the centrifugal force, leaving the liquid medium 117f again radially outward toward the first subvolume 116_1 is driven, where it evaporates again as described above, so that the cycle described starts again.

Das Wärmetransportmedium 117 muss derart gewählt sein, dass es zumindest im Normalbetrieb des Rotors 110 aufgrund der vom Magnetträger 112 auf das Wärmetransportmedium 117 im ersten Teilvolumen 116 1 übertragenen Wärme verdampft und zumindest bzw. spätestens im zweiten Teilvolumen 116_2, d.h. an der Wärmesenke, kondensiert. Durch „zumindest“ wird ausgedrückt, dass das gasförmige Wärmetransportmedium 117g auch auf dem Weg vom ersten 116_1 zum zweiten Teilvolumen 116_2, d.h. im weiteren Teilvolumen 116_w, kondensieren kann und nicht zwangsläufig erst im zweiten Teilvolumen 116_2. Da die Temperaturverhältnisse im Normalbetrieb bspw. über Simulationen oder über Messungen ermittelt werden können, kann ein geeignetes Wärmetransportmedium 117 gewählt werden, welches die Anforderungen bzgl. Verdampfung und Kondensation erfüllt. Geeignete Wärmetransportmedien 117 sind bspw. Wasser sowie Ammoniak.The heat transport medium 117 must be chosen such that it is at least in normal operation of the rotor 110 due to the magnetic carrier 112 on the heat transport medium 117 in the first partial volume 116 1 transferred heat evaporates and at least or at the latest in the second sub-volume 116_2 , ie at the heat sink, condenses. By "at least" is meant that the gaseous heat transport medium 117g also on the way from the first one 116_1 to the second partial volume 116_2 , ie in the further partial volume 116_w , can condense and not necessarily only in the second partial volume 116_2 , Since the temperature conditions in normal operation can be determined, for example, by means of simulations or measurements, a suitable heat transport medium can be used 117 can be selected, which meets the requirements for evaporation and condensation. Suitable heat transfer media 117 are, for example, water and ammonia.

Der verfahrenstechnische Zusammenhang des hier gewählten Konzepts liegt in der chemischen Natur des Wärmetransportmediums 117, bspw. beschrieben durch eine druckabhängige Dampfdruckkurve, einen druckabhängigen Siedepunkt, einen druckabhängigen Taupunkt und einen kritischen Punkt. Der Bereich des Hohlraums 116, in dem sich flüssiges Wärmetransportmedium 117f befindet, d.h. der Fluidraum, ist weitestgehend ausschließlich mit der flüssigen Phase 117f gefüllt und es befinden sich dort weder Restluft noch andere Gase. Es stellt sich entsprechend der Magnettemperatur, des Wärmeübergangs zwischen Magneten 111, Magnetträger 112 und Speichen 114 bzw. Material der Speichen 114, der Wärmeleitfähigkeit und Dicke des Materials der Speichen 114 und der Wärmeabfuhr über die Speichen 114 eine Temperatur und ein Druck ein, bei dem die verdampfte und rekondensierte Menge des Wärmetransportmediums 117 identisch sind, d.h. es liegt ein Gleichgewichtszustand vor. Diese Temperatur ist die zur Kühlung zur Verfügung stehende Temperatur.The procedural context of the concept chosen here lies in the chemical nature of the heat transfer medium 117 , For example, described by a pressure-dependent vapor pressure curve, a pressure-dependent boiling point, a pressure-dependent dew point and a critical point. The area of the cavity 116 , in which there is liquid heat transport medium 117f is located, ie the fluid space, is largely exclusively with the liquid phase 117f filled and it is There are neither residual air nor other gases. It turns according to the magnet temperature, the heat transfer between magnets 111 , Magnetic carrier 112 and spokes 114 or material of the spokes 114 , the thermal conductivity and thickness of the material of the spokes 114 and the heat dissipation through the spokes 114 a temperature and pressure at which the vaporized and recondensed amount of heat transfer medium 117 are identical, ie there is an equilibrium state. This temperature is the temperature available for cooling.

Ebenfalls in der 4 angedeutet sind die sich bei drehendem Rotor 110 ergebenden Strömungsverhältnisse außerhalb der Speiche, welche durch die Pfeile AIR angedeutet sind. Die sich im Betrieb des Rotors 110 in Drehrichtung ROT mitdrehenden Speichen 114 erzeugen sowohl die erwähnte Zentrifugalkraft auf die flüssige Phase 117f als auch eine Staupunktluftströmung außerhalb der Speiche 114, die den Wärmetausch zwischen Speiche 114 und Umgebung signifikant erhöht. Die Wärme wird also nicht nur wie oben beschrieben am weiteren Teilvolumen 116_w und am zweiten Teilvolumen 116_2 abgegeben und über die Speiche 114 bzw. deren Wand 118 zur Nabe 115n geführt. Darüber hinaus wird Wärme von der Wand 118 an die aufgrund der Drehung des Rotors 110 aufgebaute Luftströmung abgeführt.Also in the 4 indicated are the rotating rotor 110 resulting flow conditions outside the spoke, which by the arrows AIR are indicated. In the operation of the rotor 110 in the direction of rotation RED spinning spokes 114 generate both the mentioned centrifugal force on the liquid phase 117f as well as a stagnation point air flow outside the spoke 114 , which is the heat exchange between spoke 114 and environment significantly increased. The heat is thus not only as described above on the other sub-volume 116_w and at the second subvolume 116_2 delivered and over the spoke 114 or their wall 118 to the hub 115n guided. In addition, heat is removed from the wall 118 to the due to the rotation of the rotor 110 built-up air flow dissipated.

Zur Erhöhung der Verdampfungsfläche direkt am oder im Magnetträger 112 eignen sich ggf. additive Metallfertigungsverfahren, durch deren Anwendung der Hohlraum 116 am und ggf. im Magnetträger 112 in Umfangsrichtung erweitert und durch feine Fachwerkstrukturen strukturmechanisch gestützt werden kann. Der Hohlraum 116 kann prinzipiell auch durch entsprechend versiegelte, bspw. verlötete oder verschweißte C-Profile erzeugt werden.To increase the evaporation surface directly on or in the magnet carrier 112 If necessary, additive metal fabrication processes are suitable, by the use of which the cavity 116 on and possibly in the magnetic carrier 112 expanded in the circumferential direction and can be structurally supported by fine framework structures. The cavity 116 can in principle also be produced by correspondingly sealed, for example soldered or welded C-profiles.

Es sei angemerkt, dass die sich augenscheinlich aus den Figuren ergebenden Mengen- bzw. Volumenverhältnisse der flüssigen Phase 117f und der gasförmigen Phase 117g nicht repräsentativ sind. In der Praxis kann angenommen werden, dass die Wahl der Menge der flüssigen Phase 117f nicht ausschlaggebend ist, da Flüssigkeit bei 1bar nur 1/1000 des Volumens des Gases hat.It should be noted that the apparent volume and volume ratios of the liquid phase are apparent from the figures 117f and the gaseous phase 117g are not representative. In practice, it can be assumed that the choice of the amount of liquid phase 117f is not crucial, since liquid at 1bar has only 1/1000 of the volume of the gas.

Die 5, 6 zeigen eine detailliertere Ansicht einer möglichen Weiterbildung des Rotors 110. Der radial innere Bereich 115, an den die Wärme abgeführt werden soll, umfasst in diesem Fall nicht nur die Nabe 115n, sondern zusätzlich eine Strebenstruktur 115s. Der radial innere Bereich 115 verbindet die Speichen 114, von denen nur einige wenige mit Bezugszeichen versehen sind, und insbesondere deren radial innere Enden über die Strebenstruktur 115s mit der Nabe 115n.The 5 . 6 show a more detailed view of a possible development of the rotor 110 , The radially inner area 115 to which the heat is to be dissipated does not only include the hub in this case 115n , but additionally a strut structure 115s , The radially inner area 115 connects the spokes 114 of which only a few are provided with reference numerals and in particular their radially inner ends via the strut structure 115s with the hub 115n ,

Die Strebenstruktur 115s wird, genauso wie oben beschrieben die Speichen 114, im Betrieb des Rotors 110 von dem den Rotor 110 umgebenden Medium, bspw. Luft, umströmt und damit gekühlt. Die von den Speichen 114 in Richtung zum radial inneren Bereich 115 des Rotors 110 abgeführte Wärme kann somit effektiv an die Umgebung abgeführt werden. Die Strebenstruktur 115s kann bspw. als Fachwerkstruktur ausgeführt sein, d.h. die Streben, die die Strebenstruktur 115s bilden, kreuzen sich und sind nicht exakt radial ausgerichtet. Eine mögliche Ausprägung ist der 5 zu entnehmen.The strut structure 115s becomes, just as described above the spokes 114 , in operation of the rotor 110 from the rotor 110 surrounding medium, for example. Air, flows around and thus cooled. The spokes 114 towards the radially inner area 115 of the rotor 110 dissipated heat can thus be dissipated effectively to the environment. The strut structure 115s can, for example, be designed as a truss structure, ie the struts that the strut structure 115s form, intersect and are not exactly radially aligned. One possible expression is the 5 refer to.

Der kühlere Bereich, zu dem die Wärme abgeführt wird, umfasst also auch in dieser Ausführung zumindest den radial inneren Bereich 115, d.h. die Strebenstruktur 115s und die Nabe 115n, sowie typischerweise die Wand 118 der Speichen 114.The cooler region, to which the heat is dissipated, thus also comprises in this embodiment at least the radially inner region 115 ie the strut structure 115s and the hub 115n , and typically the wall 118 the spokes 114 ,

Die 6 zeigt die Ausbildung des Hohlraums 116, wobei deutlich wird, dass in dieser exemplarischen Ausführung sowohl die Menge der ersten Teilvolumina 116_1a, 116_1b der diversen Speichen 114a, 114b als auch die Menge der zweiten Teilvolumina 116_2a, 116_2b der Speichen 114a, 114b jeweils einen Ring bilden. Dabei sind benachbarte Teilvolumina 116_1a, 116_1b bzw. 116_2a, 116_2b voneinander durch Trennwände 116_tr abgegrenzt, so dass die in den entsprechenden Hohlräumen befindlichen Wärmetransfermedien 117 nicht in benachbarte Hohlräume 116a, 116b strömen. Dies würde die Wärmerohrfunktion stören.The 6 shows the formation of the cavity 116 it being understood that in this exemplary embodiment, both the amount of the first sub-volumes 116_1a . 116_1b the various spokes 114a . 114b as well as the amount of the second partial volumes 116_2a . 116_2b the spokes 114a . 114b each form a ring. Here are adjacent partial volumes 116_1a . 116_1b or. 116_2a . 116_2b from each other through partitions 116_tr delimited so that the heat transfer media located in the respective cavities 117 not in adjacent cavities 116a . 116b stream. This would disturb the heat pipe function.

Die 7 zeigt ein als Flugzeug ausgebildetes Luftfahrzeug 1 mit einem Antriebssystem 10. Das Antriebssystem 10 weist eine als Elektromotor 100m ausgebildete elektrische Maschine 100 auf, die wie oben beschrieben arbeitet und den Propeller 11 antreibt. Desweiteren ist eine als Generator 100g ausgebildete elektrische Maschine 100 vorgesehen, die ebenfalls nach dem oben beschriebenen Prinzip ausgebildet ist und arbeitet. Dabei wird der Generator 100g von einem Verbrennungsmotor 12, bspw. eine Turbine, angetrieben, und stellt im Betrieb elektrische Energie für den Elektromotor 100m und/oder für eine Batterie 13 zur Verfügung.The 7 shows an aircraft designed as an aircraft 1 with a drive system 10 , The drive system 10 has one as an electric motor 100m trained electric machine 100 on, which works as described above and the propeller 11 drives. Furthermore, one is as a generator 100 g trained electric machine 100 provided, which is also designed and operates according to the principle described above. In the process, the generator becomes 100 g from an internal combustion engine 12 , For example, a turbine, driven, and provides in operation electrical energy for the electric motor 100m and / or for a battery 13 to disposal.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.This list of the documents listed by the applicant has been generated automatically and is included solely for the better information of the reader. The list is not part of the German patent or utility model application. The DPMA assumes no liability for any errors or omissions.

Zitierte PatentliteraturCited patent literature

WO 2015106993 A1 [0003]
WO 2015128121 A1 [0003]
WO 2017025224 A1 [0003]
DE 102016206909 [0004]
DE 102016218741 [0007]

Claims

Rotor (110) having a radially inner region (115), a magnet carrier (112), which is arranged radially outside the radially inner region (115) and surrounds the radially inner region (115), and with at least one spoke (114), wherein the spoke (114) forms a radial connection between the radially inner region (115) of the rotor (110) and the substantially annular magnetic carrier (112) designed to carry a magnetic means (111) of the rotor (110), - Wherein the spoke (114) is at least partially formed as a heat pipe with a cavity (116) and arranged such that on the magnetic carrier (112) occurring heat via the heat pipe from the magnetic carrier (112) is transported away.

Rotor (110) after Claim 1 , characterized in that in the cavity (116) a predetermined amount of a fluid heat transport medium (117) is provided, which is predetermined such that the cavity (116) is only partially filled by the heat transfer medium (117f) in the liquid state.

Rotor (110) after Claim 2 , characterized in that the cavity (116) has a first end, a second end and an intermediate region between the two ends, wherein at the first end a first sub-volume (116_1) of the cavity (116), at the second end a second sub-volume (116_2) of the cavity (116) and in the intermediate region a further sub-volume (116_w) of the cavity (116) are located, wherein the sub-volumes (116_1, 116_2, 116_w) are fluidically interconnected and wherein the cavity (116) is arranged and formed in that - the first (116_1) and the second sub-volumes (116_2) are spaced apart in the radial direction, - the first sub-volume (116_1) is in thermal contact with the magnetic carrier (112) so that heat is transferred from the magnetic carrier (112) to the magnetic carrier (112) Heat transfer medium (117) in the first sub-volume (116_1) can pass, and - at least the second sub-volume (116_2) in thermal contact with a cooler region of the rotor (110), in normal operation of the rotor (110) has a lower temperature than the magnetic carrier (112), so that heat from the heat transport medium (117) in the second sub-volume (116_2) can pass to the cooler region.

Rotor (110) after one of Claims 2 to 3 , characterized in that the heat transport medium (117) is selected such that it evaporates at least in normal operation of the rotor (110) - due to the heat transferred from the magnetic carrier (112) on the heat transfer medium (117) in the first part volume (116_1) and - at least condensed in the second partial volume (116_2).

Rotor (110) after one of Claims 1 to 4 , characterized in that the cavity (116) in the radial direction in the magnet carrier (112) extends into it, so that the first sub-volume (116_1) of the cavity (116) is at least partially in the magnetic carrier (112).

Rotor (110) after one of Claims 1 to 5 , characterized in that the cavity (116) in the region of the first subvolume (116_1) has a tangential extension phi_t1_tang and in the region of the further subvolume (116_w) a tangential extent phi_tw_tang, wherein the first subvolume (116_1) has a relative to the further subvolume (116). 116_w) has extended extent in the tangential direction, so that phi_t1_tang> phi_tw_tang applies.

Rotor (110) after one of Claims 1 to 6 , characterized in that the cavity (116) in the region of the first sub-volume (116_1) has an axial extent phi_t1_ax and in the region of the further sub-volume (116_w) an axial extent phi_tw_ax, wherein the first sub-volume (116_1) has a relative to the further sub-volume (116). 116_w) has extended extent in the axial direction, so that phi_t1_ax> phi_tw_ax applies.

Rotor (110) after one of Claims 1 to 7 , characterized in that a radial cross-section of the cavity (116) in the region of the further sub-volume (116_w) is substantially rectangular.

Rotor (110) after one of Claims 1 to 8th , characterized in that the cavity (116) has a first region (116f) for transporting a liquid phase (117f) of the heat transport medium (117) and a second region (116g) for transporting a gaseous phase (117g) of the heat transport medium (117) in which - the first (116f) and the second region (116g) lie one behind the other in the tangential direction and - no partition wall is arranged between the first region (116f) and the second region (116g).

Rotor (110) after one of Claims 1 to 9 , characterized in that the radially inner portion (115) is a hub (115n) of the rotor (110).

Rotor (110) after one of Claims 1 to 9 characterized in that the radially inner region (115) has a strut structure (115s), which is arranged and configured to connect a radially inner end of the spoke (114) to a hub (115n) of the rotor (110).

Electric machine (100, 100m, 100g) for a drive system (10) of a vehicle (1), in particular of an aircraft, comprising a rotor (110) according to one of Claims 1 to 11 ,

Aircraft (1) with a drive system (10) with an electric machine (100, 100m, 100g) according to Claim 12 ,

Method for cooling a rotor according to one of Claims 1 to 11 in that, during operation of the rotor (110), the heat pipe acting under the utilization of the centrifugal force, at least partially realized by the spoke (114), effects cooling of the magnet carrier (112) of the rotor (110).

Method according to Claim 14 for cooling a rotor (110) Claim 3 in which - the centrifugal force occurring due to the rotation of the rotor (110) drives a liquid phase (117f) of the heat transport medium (117) into the first subvolume (116_1), - at least part of the liquid phase (117f) in the first subvolume (116_1) vaporized due to heat transmitted from the magnetic carrier (112), thereby forming a gaseous phase (117g) of the heat transport medium (117) and causing the rotor (110) to cool, - the gaseous phase (117g) from the first partial volume (117g) 116_1), the displaced gaseous phase (117g) flows along the further subvolume (116_w) in the direction of the second subvolume (116_2), the gaseous phase flowing at least through further into the first sub-volume (116_1) driven liquid phase (117f) (117g) emits heat to a wall (118) surrounding the cavity (116) on the way to the second partial volume (116_2) and / or in the second partial volume (116_2), - the gaseous phase (1 17g) condenses due to the discharge of the heat to the liquid phase (117f).