DE4335848A1

DE4335848A1 - Kühlanordnung für eine Wechselstrommaschine

Info

Publication number: DE4335848A1
Application number: DE4335848A
Authority: DE
Inventors: Uwe Muehlberger; Bernhard Dr Wuest; Robert Dr Mueller
Original assignee: JM Voith GmbH
Current assignee: JM Voith GmbH
Priority date: 1993-10-20
Filing date: 1993-10-20
Publication date: 1995-04-27
Anticipated expiration: 2013-10-21
Also published as: CA2118539A1; FI944901A; DE4335848C2; FI944901A0; JPH07194061A; US5717262A; US5670835A

Description

Die Erfindung betrifft eine Kühlanordnung für eine Wechsel strommaschine, insbesondere eine Transversalflußmaschine, mit einem Stator mit mindestens einer Ankerwicklung, mit einem der Ankerwicklung gegenüberliegenden Rotor, wobei der Rotor in Umfangsrichtung eine Vielzahl von polarisierten Magneten und magnetisierbaren Sammlerelementen in abwechselnder Folge in einer Ringanordnung von Sammlerringen aufweist und wobei der Rotor in axialer Richtung eine an einer Rotorwelle befe stigbare Trägerscheibe aufweist, an der die jeweiligen Samm lerringe befestigt sind, und mit Kühleinrichtungen, die an den Stator angeschlossen sind.

Wechselstrommaschinen mit einem derartigen Aufbau sind in verschiedenen Bauformen bekannt, insbesondere auch als Trans versalflußmaschinen. Insofern wird auf Konstruktionen verwie sen, die beispielsweise aus der DE 37 05 089 C2 bekannt sind.

Bei einer derartigen Maschine wird im Betrieb sowohl im Sta tor als auch im Rotor Wärme erzeugt, und zwar aufgrund der Verlustleistung, die in den Wicklungen und den Magnetkernen auftritt und die durch induzierte Wirbelströme und Kreis ströme im Rotor erzeugt wird. Dabei sind vor allem Situatio nen kritisch, bei denen eine solche Maschine bei hoher Last und vor allem bei hoher Drehzahl arbeitet.

Dabei ist es grundsätzlich bekannt, den Stator an Kühlein richtungen anzuschließen, um auf diese Weise eine Erwärmung der Maschine und ihrer Komponenten zu verringern. Dies ist jedoch aufgrund der räumlichen Zuordnung von Stator und Rotor sehr schwierig, da die gefährdeten Bereiche, insbesondere des Rotors, schwer zugänglich sind.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Kühlan ordnung für eine Wechselstrommaschine der eingangs genannten Art anzugeben, die eine besonders wirkungsvolle Kühlung der Wechselstrommaschine, insbesondere ihres Rotors gewährlei stet.

Die erfindungsgemäße Lösung besteht darin, eine Kühlanordnung der eingangs genannten Art so auszubilden, daß die Kühlein richtungen mindestens einen Kühlkanal aufweisen, der in der Nähe der Trägerscheibe in den Stator eingebaut ist und der von einem Kühlfluid durchströmbar ist, und daß jeder Kühlka nal von der Trägerscheibe nur durch eine Kanalabdeckung mini maler Dicke und den Luftspalt zwischen Rotor und Stator ge trennt ist.

Auf diese Weise erfolgt eine wirksame Kühlung des Rotors ins besondere in seinem zentralen Bereich, der von der Außenseite schwer zugänglich ist und der dicht an den Stellen liegt, an denen die Wärme im Betrieb im Rotor erzeugt wird. Durch Vor gabe der Temperatur und des Durchsatzes eines Kühlfluides kann die Wärmeabführung ganz gezielt erfolgen.

In Weiterbildung der erfindungsgemäßen Anordnung ist vorgese hen, daß jeder Kühlkanal einen breitflächigen Querschnitt aufweist, derart, daß seine parallel zur Trägerscheibe ver laufenden Abmessungen sich über einen wesentlichen Bereich der gegenüberliegenden Trägerscheibe erstrecken. Auf diese Weise wird eine großflächige Abführung von Wärme von dem Ro tor erreicht. Zugleich sorgen diese in den Stator selbst ein gebauten Kühlkanäle natürlich auch für eine Kühlung des Sta tors selbst.

Bei einer speziellen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anordnung ist vorgesehen, daß mindestens ein Kühlkanal axial verläuft und in eine Distanzscheibe eingebaut ist, die zwi schen einem Paar von Statorabschnitten vorgesehen ist, und daß die Distanzscheibe der Trägerscheibe radial gegenüber liegt und symmetrisch zu der Trägerscheibe angeordnet und ge genüber den Statorabschnitten thermisch isoliert ist. Auf diese Weise wird erreicht, daß eine gezielte Kühlung der Trä gerscheibe in dem Bereich erfolgt, in welchem sie an einen Sammlerring angrenzt, in welchem sonst unerwünschte Erwärmun gen auftreten. Durch die thermische Isolierung wird sicherge stellt, daß die Kühlung lokal begrenzt erfolgt und damit lo kal besonders wirkungsvoll ist.

In Weiterbildung der erfindungsgemäßen Anordnung ist vorgese hen, daß die Distanzscheibe aus einem Material besteht, das magnetisch passiv ist und eine gute Wärmeleitfähigkeit be sitzt, und daß die Distanzscheibe zu beiden Seiten des Kühl kanals im wesentlichen radial verlaufende, breiflächige Hohl räume aufweist, die eine thermische Isolierung gegenüber dem benachbarten Bereich des Stators bilden. Diese Maßnahmen die nen einer gezielten Lokalisierung der Kühlwirkung auf den Ro tor.

In Weiterbildung der erfindungsgemäßen Anordnung ist vorgese hen, daß die Hohlräume mit Luft oder mit einem anderen Iso liermaterial gefüllt sind, wobei sowohl gasförmige, flüssige als auch feste Isoliermaterialien verwendbar sind, die eine thermische Abschirmung gegenüber den benachbarten Bereichen des Stators bilden.

In Weiterbildung der erfindungsgemäßen Anordnung ist vorgese hen, daß mindestens ein Kühlkanal in den Grundkörper des Sta tors eingebaut ist und in radialer Richtung verlaufend der Trägerscheibe gegenüberliegt. Auf diese Weise wird der groß flächige, radial verlaufende Bereich der Trägerscheibe des Rotors zu Kühlzwecken genutzt.

Bei einer speziellen Bauform der Anordnung ist vorgesehen, daß dem jeweiligen Kühlkanal auf der der Trägerscheibe abge wendeten Seite ein Hohlraum zugeordnet ist, der in radialer Richtung verläuft und eine thermische Isolierung gegenüber dem benachbarten Bereich des Stators bildet. Damit kann auch an diesen Stellen eine gezielte Lokalisierung der Kühlwirkung auf die Trägerscheibe des Rotors erfolgen.

Bei einer speziellen Bauform der Anordnung ist vorgesehen, daß ein Paar von gegenüberliegenden, radial verlaufenden Kühlkanälen zu beiden Seiten der Trägerscheibe vorgesehen ist. Damit ergibt sich in vorteilhafter Weise eine symmetri sche Anordnung mit einer gleichmäßigen Kühlung des Rotors.

In Weiterbildung der erfindungsgemäßen Anordnung ist vorgese hen, daß die Trägerscheibe und die im Bereich der Kühlkanäle gegenüberliegenden Bereiche des Stators mit ineinandergrei fenden komplementären Zähnen versehen sind, die im wesentli chen parallel zueinander verlaufende Flächen haben und durch einen Luftspalt voneinander getrennt sind. Auf diese Weise wird die wirksame Fläche zur Wärmeabführung erheblich vergrö ßert und damit die Kühlwirkung in vorteilhafter Weise unter stützt. Die Zähne können dabei rechteckigen, trapezförmigen oder dreieckigen Querschnitt haben. Wichtig ist lediglich, daß der Luftspalt zwischen ihnen hinreichend groß ist, um eine mechanische Berührung im Betrieb zuverlässig aus zu schließen.

Weiterhin ist es zweckmäßig, wenn bei der erfindungsgemäßen Anordnung die Trägerscheibe aus einem magnetisch passiven, aber thermisch gut leitenden Material, insbesondere aus ge eignetem Metall besteht. Dadurch wird die Abführung von Wärme von dem jeweiligen Sammlerring unterstützt, so daß die zuge ordneten Kühlkanäle besonders wirkungsvoll arbeiten können.

In Weiterbildung der erfindungsgemäßen Anordnung ist vorgese hen, daß die Materialien der einander gegenüberliegenden Kom ponenten im Bereich der Kühlkanäle zur Erhöhung des Emissi onsgrades oberflächenbehandelt sind. Damit wird der Wärme übergang durch Strahlung in vorteilhafter Weise unterstützt.

Bei einer speziellen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anordnung ist vorgesehen, daß entweder anstatt der vorstehend beschriebenen Maßnahmen oder zusätzlich zu den angegebenen Maßnahmen ein Rotor mit spezieller Bauform verwendet wird, der sich dadurch auszeichnet, daß der Rotor, an der Träger scheibe befestigt, mindestens ein Paar von Sammlerringen auf weist, die durch einen Isolierring aus magnetisch passivem und elektrisch nicht-leitendem Material verbunden sind, und daß in den Isolierring, in Umfangsrichtung verteilt, Speicherzellen eingearbeitet sind, die mit einem Phasenüber gangsmaterial gefüllt sind, dessen Schmelzpunkt bzw. Siede punkt unterhalb einer vorgegebenen Temperatur liegt.

Die Menge eines derartigen Phasenübergangsmaterials wird da bei in Abhängigkeit von dem Ausmaß der im Betrieb auftreten den Belastungen gewählt. Dabei wird der Effekt ausgenutzt, daß derartige Phasenübergangsmaterialien Wärmeenergie ver brauchen, um einen Phasenübergang von fest zu flüssig oder von flüssig zu gasförmig durchzuführen. Solange während des Phasenüberganges Energie aufgenommen wird, wird ein weiterer Temperaturanstieg verhindert, bis der Phasenübergang voll ständig abgeschlossen ist.

Besonders zweckmäßig ist es, wenn das Phasenübergangsmaterial eine Übergangstemperatur hat, die unterhalb der kritischen Temperatur der Permanentmagneten liegt, die in den Sammler ringen angeordnet sind. Auf diese Weise wird vermieden, daß die kritische Temperatur der Permanentmagneten überschritten wird und Beschädigungen der Permanentmagneten hervorgerufen werden. Auch läßt sich auf diese Weise vermeiden, daß Perma nentmagneten mit besonders hohen kritischen Temperaturen ver wendet werden müssen, was sich in vorteilhafter Weise auf die Kosten der Anordnung auswirkt.

In Weiterbildung der erfindungsgemäßen Anordnung ist vorgese hen, daß das verwendete Phasenübergangsmaterial sowohl elek trisch als auch magnetisch passiv ist. Auf diese Weise wird das elektrische und magnetische Verhalten des Rotors nicht nachteilig beeinflußt.

Bei einer speziellen Bauform der erfindungsgemäßen Anordnung ist vorgesehen, daß das Phasenübergangsmaterial aus Schwefel oder Jod besteht. Diese haben Phasenübergangstemperaturen, die ausreichend niedrig sind für die derzeit häufig verwende ten Permanentmagneten aus NdFeB. Es ist dann nicht erforder lich, Permanentmagneten mit höheren Grenztemperaturen zu ver wenden, wie beispielsweise solche aus SmCo.

In Weiterbildung der erfindungsgemäßen Anordnung ist vorgese hen, daß im Grundkörper des Stators an den axialen Stirnsei ten und/oder an den radialen Außenseiten zusätzliche Kühlkanäle eingebaut sind, die von einem Kühlfluid durch strömbar sind. Diese zusätzlichen Kühlkanäle tragen in vor teilhafter Weise dazu bei, nicht nur den Stator zu kühlen, sondern auch eine indirekte Kühlwirkung auf die benachbarten Bereiche des Rotors auszuüben.

Bei derartigen Anordnungen gemäß der Erfindung können die je weiligen Kühlkanäle in einfacher Weise axial oder radial her ausgeführt und an entsprechende Versorgungseinrichtungen für Kühlfluid angeschlossen werden.

Die Verwendung von Phasenübergangsmaterial in den entspre chenden Speicherzellen des Rotors bietet in vorteilhafter Weise eine Pufferwirkung, die insbesondere geeignet ist, hohe thermische Belastungen des Rotors auszugleichen, die nur kurzzeitig und in relativ langen zeitlichen Abständen auftre ten. Die Phasenübergangsmaterialien ermöglichen es, zum Zwecke der Pufferung der Spitzenbelastungen ihre Schmelz- oder Verdampfungsenthalpie zu nutzen. Diese Phasenübergangs materialien werden so gewählt, daß ihr Schmelzpunkt oder Sie depunkt etwas unterhalb einer vorgegebenen Temperatur liegt, die sich einerseits aus der kritischen Temperatur der Magne ten sowie dem sich einstellenden Temperaturgefälle zwischen dem Sammlerring mit den Magneten einerseits und den Speicher zellen andererseits berechnen läßt.

Wenn die Temperatur der Sammlerringe und der Magneten infolge einer thermischen (Spitzen-)belastung bis zur vorgegebenen Temperatur ansteigt, so erreicht das in den Speicherzellen eingeschlossene Material seinen Schmelzpunkt bzw. Siedepunkt. Durch die bei dem einsetzenden Phasenübergang von fest zu flüssig bzw. von flüssig zu gasförmig aufgenommene Energie wird der weitere Temperaturanstieg verhindert, bis der Pha senübergang vollständig abgeschlossen ist. In der anschlie ßenden Periode einer geringeren thermischen Belastung des Ro tors wird den Speicherzellen diese aufgenommene Energie dann wieder entzogen, so daß der Übergang zurück in die feste bzw. in die flüssige Phase stattfinden kann.

Diese Phasenübergänge können beliebig oft in der einen und der anderen Richtung stattfinden. Wichtig ist lediglich, daß aufgrund der Menge des verwendeten Materials einerseits und der vorgegebenen Phasenübergangstemperatur andererseits eine ausreichende Pufferwirkung im Betrieb sichergestellt ist.

Die Erfindung wird nachstehend, auch hinsichtlich weiterer Merkmale und Vorteile, anhand der Beschreibung von Ausfüh rungsbeispielen und unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Die Zeichnungen zeigen in

Fig. 1 einen schematischen Längsschnitt durch eine Wechsel strommaschine mit Kühlanordnung;

Fig. 2 einen Teillängsschnitt einer derartigen Wechselstrom maschine zur Erläuterung einer speziellen Ausfüh rungsform der erfindungsgemäßen Kühlanordnung;

Fig. 3 einen schematischen Längsschnitt durch eine Wechsel strommaschine zur Erläuterung einer weiteren Ausfüh rungsform der erfindungsgemäßen Kühlanordnung;

Fig. 4 einen schematischen Teillängsschnitt durch einen Ro tor für eine Wechselstrommaschine zur Erläuterung ei ner speziellen Bauform einer Kühlanordnung; und in

Fig. 5 einen Schnitt durch die Kühlanordnung gemäß Fig. 4 längs der Linie A-A in Fig. 4.

Im folgenden soll zunächst der Aufbau einer Wechselstromma schine der hier interessierenden Art anhand von Fig. 1 erläu tert werden. Bei dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbei spiel weist ein Stator einen Grundkörper 35 auf, in welchem in Umfangsrichtung verlaufende, radial äußere und innere An kerwicklungen 10 und 11 untergebracht sind. Diese sind von axial verlaufenden Magnetkernen umgeben, insbesondere von Schnittbandkernen, die den magnetischen Fluß führen. Der Grundkörper 35 besteht aus magnetisch passivem Material, die Befestigung der Ankerwicklungen 10 und 11 sowie der Magnet kerne 36 und 37 erfolgt in geeigneter Weise, beispielsweise unter Verwendung einer schematisch angedeuteten Vergußmasse 14.

An den axialen Stirnseiten des Stators erkennt man schema tisch angedeutete Kühlkanäle 15 und 16, die auf der Außen seite mit einer Abdeckung 23 abgeschlossen sind. Diese Kühlkanäle sind in nicht dargestellter Weise aus einer äuße ren Abschirmung 27 herausgeführt und an eine Versorgung für Kühlfluid angeschlossen, das mit geeignetem Durchsatz und entsprechender Vorlauftemperatur zugeführt wird.

Der Stator umgibt einen Rotor, der in Umfangsrichtung eine Vielzahl von polarisierten Magneten und magnetisierbaren Sammlerelementen in abwechselnder Folge in einer Ringanord nung von Sammlerringen 1 und 2 sowie 3 und 4 aufweist, die bei der dargestellten Ausführungsform zu beiden Seiten einer radial verlaufenden Trägerscheibe 7 vorgesehen sind. Die Trä gerscheibe 7 ist mit einer schematisch angedeuteten Befesti gung 26 an einer Rotorwelle 25 befestigt, wobei die Rotor welle 25 mit Lageranordnungen 24 am Grundkörper 35 des Sta tors abgestützt ist und für eine Drehung um die Rotorachse 30 ausgelegt ist.

Bei der dargestellten Ausführungsform weist der Rotor zu bei den Seiten der Trägerscheibe 7 ein Paar von Sammlerringen 1 und 2 bzw. 3 und 4 auf, die mit einem Isolierring 5 bzw. 6 verbunden sind, der aus magnetisch passivem und elektrisch nicht-leitendem Material besteht, vorzugsweise aus Kunst stoff. Der Rotor ist stirnseitig mit Endringen 8 und 9 abge schlossen, die ebenso wie die Trägerscheibe 7 selbst aus ma gnetisch passiven Werkstoffen bestehen.

Bei einer derartigen Anordnung gemäß Fig. 1 werden im Betrieb Wirbelströme und Kreisströme in dem Rotor induziert, so daß der Rotor erwärmt wird. Dabei sind Situationen bei hoher Last und insbesondere bei hoher Drehzahl kritisch. Der Stator wird zwar über die Kühlkanäle 15 und 16 mit einem Kühlfluid ge kühlt, so daß die Erwärmung des Stators ausreichend unterbun den wird. Die Kühlung des Rotors kann aber nur indirekt er folgen, nämlich über die Bereiche des Grundkörpers, die dem Rotor gegenüberliegen, im wesentlichen also im Bereich der stirnseitigen Endringe 8 und 9.

Die meiste Wärme wird jedoch im Bereich der Sammlerringe 3 und 4 sowie 1 und 2 erzeugt, die von den Kühlkanälen 15 und 16 weit entfernt sind. Die Wärmeabführung von den Sammlerrin gen 2 und 3 zu den axial außenliegenden Sammlerringen 1 und 4 wird dadurch erschwert, daß die Isolierringe 5 und 6 zwangs läufig aus thermisch schlecht leitendem Material bestehen. Es ist jedoch aus physikalischen Gründen nicht möglich, diese Isolierringe 5 und 6 durch gut wärmeleitende Materialien zu ersetzen, da diese in der Regel auch elektrisch leitend sind und damit die Funktionstüchtigkeit der Maschine beeinträchti gen würden. Ferner besteht ein schlechter Wärmeübergang (Konvektion) in dem Luftspalt zwischen Rotor und Stator.

Eine spezielle Ausführungsform der erfindungsgemäßen Kühlan ordnung ist in Fig. 2 dargestellt, die in einem Ausschnitt die wesentlichen Elemente der Anordnung zeigt. Dabei sind die gleichen Bezugszeichen wie in Fig. 1 verwendet.

Man erkennt auf der radial außenliegenden Seite des Rotors zwischen zwei Hälften des Stators eine Distanzscheibe 17, die mit Vergußmasse 14 am Grundkörper 35 befestigt ist. Diese Di stanzscheibe 17 hat in ihrem radial innenliegenden Bereich einen breitflächig ausgebildeten Kühlkanal 18, der nur durch die dünne Wandstärke einer Kanalabdeckung 33 von dem gegen überliegenden Bereich der Trägerscheibe 7 getrennt ist. Auf diese Weise kann praktisch über die gesamte axiale Breite der Distanzscheibe 17 und längs des gesamten Umfanges um die Trä gerscheibe 7 herum eine Wärmeabführung von dem Rotor weg er folgen. Die Trägerscheibe 7 des Rotors besteht zweckmäßiger weise aus thermisch gut leitendem, aber magnetisch passivem Material, z. B. geeigneten Metallen. Auf diese Weise kann in den Sammlerringen 2 und 3 im Betrieb erzeugte Wärme wirksam abgeführt werden durch ein Kühlfluid, das in dem Kühlkanal 18 strömt.

Bei einer speziellen Bauform kann es zweckmäßig sein, wie in Fig. 2 dargestellt, diesen Kühlkanal 18 in axialer Richtung gegenüber den angrenzenden Bereichen des Stators thermisch zu isolieren. Zu diesem Zweck sind im wesentlichen in radialer Richtung verlaufende, breitflächige Hohlräume vorgesehen, die eine thermische Isolierung 19 gegenüber den benachbarten Be reichen des Stators bilden. Diese Hohlräume können entweder mit Luft gefüllt sein, oder aber ein anderes Isoliermaterial in gasförmiger, flüssiger oder fester Form enthalten. Auf diese Weise wird eine lokal gezielte Kühlwirkung auf den ge genüberliegenden Bereich des Rotors ausgeübt.

Fig. 3 zeigt eine andere spezielle Bauform der Kühlanordnung, die in ihrem Aufbau weitgehend der Ausführungsform gemäß Fig. 1 entspricht. Im folgenden soll daher lediglich auf die un terschiedliche Ausgestaltung eingegangen werden.

Alternativ oder zusätzlich zu dem Kühlkanal 18 gemäß Fig. 2 ist bei der Ausführungsform gemäß Fig. 3 ein radial verlau fender, breitflächig ausgebildeter Kühlkanal 20 vorgesehen, der einem entsprechenden Bereich der Trägerscheibe 7 des Ro tors gegenüberliegt. An dieser Stelle kann die gesamte Mate rialhöhe des Grundkörpers 35 zwischen Rotorwelle 25 und dem Magnetkern genutzt werden, die der Trägerscheibe 7 gegenüber liegt. Selbstverständlich können derartige Kühlkanäle 20 auch zu beiden Seiten der Trägerscheibe 7 vorgesehen sein, wobei sie nur durch eine Kanalabdeckung 34 minimaler Dicke von dem Luftspalt getrennt sind, der zwischen Stator und Rotor vorge sehen ist.

Weiterhin kann ein derartiger Kühlkanal 20 in nicht darge stellter Weise in axialer Richtung gegenüber dem Grundkörper 35 isoliert sein, beispielsweise durch das Vorsehen einer thermischen Isolierung, die der thermischen Isolierung 19 im Bereich der Distanzscheibe 17 entspricht, wenn eine lokal ge zielte Kühlwirkung auf die Trägerscheibe 7 ausgeübt werden soll.

Zusätzlich kann die Kühlung im Bereich des jeweiligen Kühlka nals 20 dadurch unterstützt werden, daß die Trägerscheibe 7 einerseits und der Grundkörper 35 andererseits komplementäre, ineinandergreifende Zähne 29 und 31 aufweisen, die einander berührungslos zugeordnet und jederzeit durch einen Luftspalt voneinander getrennt sind. Auf diese Weise wird eine beson ders großflächige Kühlwirkung im Bereich der Kühlkanäle 20 erzielt.

Bei einer nicht dargestellten Ausführungsform kann eine der artige Anordnung von komplementären, ineinandergreifenden Zähnen auch im Bereich der Distanzscheibe 17 vorgesehen sein, die der Trägerscheibe 7 gegenüberliegt. In diesem Falle würde der Kühlkanal 18 radial weiter nach außen verlegt sein, um die Unterbringung von derartigen Zähnen zu ermöglichen.

Eine spezielle Bauform eines Rotors für eine derartige Wech selstrommaschine ist in den Fig. 4 und 5 dargestellt. Fig. 4 zeigt dabei schematisch einen Teillängsschnitt durch den Ro tor, während Fig. 5 einen Querschnitt längs der Linie A-A in Fig. 4 zeigt.

Man erkennt an der Trägerscheibe 7 zwei Sammlerringe 1 und 2, die durch einen Isolierring 5 voneinander getrennt, aber me chanisch verbunden sind. Dieser Isolierring 5 enthält, wie in Fig. 5 dargestellt, eine Vielzahl von Speicherzellen 21, die über den Umfang des Isolierringes 5 verteilt angeordnet sind. Diese Speicherzellen 21 enthalten ein Phasenübergangsmate rial, dessen Schmelzpunkt bzw. Siedepunkt unterhalb einer vorgegebenen Temperatur liegt. In der Praxis wird diese vor gegebene Temperatur zweckmäßigerweise so gewählt, daß sie un terhalb der kritischen Temperatur der Permanentmagneten liegt, die in die Sammlerringe eingebettet sind. Diese Pha senübergangsmaterialien sind so gewählt, daß sie für den ge gebenen Zweck elektrisch und magnetisch passiv sind, um die elektrischen und magnetischen Eigenschaften des Rotors in keiner Weise zu beeinträchtigen. Für spezielle Zwecke sind beispielsweise Schwefel oder Jod geeignet, deren Phasenüber gangstemperatur in einer geeigneten Größenordnung liegt, um Permanentmagneten aus derzeit häufig verwendeten Materialien, beispielsweise NdFeB zu puffern. Die Wirkungsweise dieser Phasenübergangsmaterialien wurde bereits eingangs im einzel nen erläutert.

Wenn in Fig. 4 nur ein derartiger Isolierring 5 mit solchen Speicherzellen 21 dargestellt ist, so ist die Anordnung kei nesfalls auf einen derartigen Isolierring mit Phasenüber gangsmaterialien beschränkt. Zweckmäßigerweise wird man eine symmetrische Anordnung verwenden, wobei die jeweiligen Iso lierringe 5 und 6 entsprechend ausgebildet und mit Phasen übergangsmaterialien in den Speicherzellen 21 gefüllt sind.

Auch ist es selbstverständlich möglich, eine derartige Anord nung dahingehend abzuwandeln, daß eine größere Anzahl von Sammlerringen und Isolierringen vorgesehen ist, die in axi aler Richtung hintereinander angeordnet und miteinander ver bunden sind.

Die Bauform des Rotors gemäß den Fig. 4 und 5 eignet sich insbesondere, um kurzzeitig auftretende thermische Belastun gen des Rotors auszugleichen. Bei entsprechender Dimensionie rung der Isolierringe mit den mit Phasenübergangsmaterial ge füllten Speicherzellen 21 können solche Bauformen aber auch für Dauerbelastungen eingesetzt werden, wenn eine ausrei chende Menge von Phasenübergangsmaterial eingebaut werden kann. Die übrigen Kühlungseinrichtungen können dann etwas kleiner dimensioniert werden.

Claims

1. Kühlanordnung für eine Wechselstrommaschine, insbeson dere eine Transversalflußmaschine, mit einem Stator mit mindestens einer Ankerwicklung (10, 11), mit einem der Ankerwicklung (10, 11) gegenüberliegenden Rotor (1-7), wobei der Rotor (1-7) in Umfangsrichtung eine Vielzahl von polarisierten Magneten und magnetisier baren Sammlerelementen in abwechselnder Folge in einer Ringanordnung von Sammlerringen (1-4) aufweist und wobei der Rotor (1-7) in axialer Richtung eine an einer Rotor welle (25) befestigbare Trägerscheibe (7) aufweist, an der die jeweiligen Sammlerringe (1-4) befestigt sind, und mit Kühleinrichtungen, die an den Stator angeschlos sen sind,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Kühleinrichtungen mindestens einen Kühlkanal (18, 20) aufweisen, der in der Nähe der Trägerscheibe (7) in den Stator eingebaut ist und der von einem Kühlfluid durchströmbar ist,
und daß jeder Kühlkanal (18, 20) von der Trägerscheibe (7) nur durch eine Kanalabdeckung (33, 34) minimaler Dicke und den Luftspalt zwischen Rotor und Stator ge trennt ist.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Kühlkanal (18, 20) einen breitflächigen Quer schnitt aufweist, derart, daß seine parallel zur Träger scheibe (7) verlaufenden Abmessungen sich über einen we sentlichen Bereich der gegenüberliegenden Trägerscheibe (7) erstrecken.

3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß mindestens ein Kühlkanal (18) axial verläuft und in eine Distanzscheibe (17) eingebaut ist, die zwischen ei nem Paar von Statorabschnitten vorgesehen ist,
und daß die Distanzscheibe (17) der Trägerscheibe (7) radial gegenüberliegt und symmetrisch zu der Träger scheibe (7) angeordnet und gegenüber den Statorabschnit ten thermisch isoliert ist.

4. Anordnung nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Distanzscheibe (17) aus einem Material besteht, das magnetisch passiv ist und eine gute Wärmeleitfähig keit besitzt,
und daß die Distanzscheibe (17) zu beiden Seiten des Kühlkanals (18) im wesentlichen radial verlaufende, breitflächige Hohlräume aufweist, die eine thermische Isolierung (19) gegenüber dem benachbarten Bereich des Stators bilden.

5. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Hohlräume mit Luft oder mit einem anderen Iso liermaterial gefüllt sind.

6. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Kühlkanal (20) in den Grundkörper des Stators eingebaut ist und in radialer Richtung verlaufend der Trägerscheibe (7) gegenüberliegt.

7. Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß dem jeweiligen Kühlkanal (20) auf der der Träger scheibe (7) abgewendeten Seite ein Hohlraum zugeordnet ist, der in radialer Richtung verläuft und eine thermi sche Isolierung gegenüber dem benachbarten Bereich des Stators bildet.

8. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß ein Paar von gegenüberliegenden, radial verlaufenden Kühlkanälen (20) zu beiden Seiten der Trägerscheibe (7) vorgesehen ist.

9. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Trägerscheibe (7) und die im Bereich der Kühlkanäle (18, 20) gegenüberliegenden Bereiche des Sta tors mit ineinandergreifenden komplementären Zähnen (29, 31) versehen sind, die im wesentlichen parallel zueinan der verlaufende Flächen haben und durch einen Luftspalt voneinander getrennt sind.

10. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Trägerscheibe (7) aus einem magnetisch passiven, aber thermisch gut leitenden Material, insbesondere aus Metall besteht.

11. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Materialien der einander gegenüberliegenden Kom ponenten im Bereich der Kühlkanäle (18, 20) zur Erhöhung des Emissionsgrades oberflächenbehandelt sind.

12. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 11,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Rotor, an der Trägerscheibe (7) befestigt, min destens ein Paar von Sammlerringen (1, 2; 3, 4) aufweist, die durch einen Isolierring (5, 6) aus magnetisch passi vem und elektrisch nicht-leitendem Material verbunden sind,
und daß in den Isolierring (5, 6), in Umfangsrichtung verteilt, Speicherzellen (21) eingearbeitet sind, die mit einem Phasenübergangsmaterial gefüllt sind, dessen Schmelzpunkt bzw. Siedepunkt unterhalb einer vorgegebenen Temperatur liegt.

13. Anordnung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Phasenübergangsmaterial eine Übergangstemperatur hat, die unterhalb der kritischen Temperatur der Perma nentmagneten liegt.

14. Kühlanordnung für eine Wechselstrommaschine, insbeson dere eine Transversalflußmaschine, mit einem Stator mit mindestens einer Ankerwicklung (10, 11), mit einem der Ankerwicklung (10, 11) gegenüberliegenden Rotor (1-7), wobei der Rotor (1-7) in Umfangsrichtung eine Vielzahl von polarisierten Magneten und magnetisier baren Sammlerelementen in abwechselnder Folge in einer Ringanordnung von Sammlerringen (1-4) aufweist und wobei der Rotor (1-7) in axialer Richtung eine an einer Rotor welle (25) befestigbare Trägerscheibe (7) aufweist, an der die jeweiligen Sammlerringe (1-4) befestigt sind, und mit Kühleinrichtungen, die an den Stator angeschlos sen sind,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Rotor, an der Trägerscheibe (7) befestigt, min destens ein Paar von Sammlerringen (1, 2; 3, 4) aufweist, die durch einen Isolierring (5, 6) aus magnetisch passi vem und elektrisch nicht-leitendem Material verbunden sind,
und daß in den Isolierring (5, 6), in Umfangsrichtung verteilt, Speicherzellen (21) eingearbeitet sind, die mit einem Phasenübergangsmaterial gefüllt sind, dessen Schmelzpunkt bzw. Siedepunkt unterhalb einer vorgegebenen Temperatur liegt.

15. Anordnung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß das Phasenübergangsmaterial eine Übergangstemperatur hat, die unterhalb der kritischen Temperatur der Perma nentmagneten liegt.

16. Anordnung nach einem der Ansprüche 12 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß das Phasenübergangsmaterial elektrisch und magne tisch passiv ist.

17. Anordnung nach einem der Ansprüche 12 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß das Phasenübergangsmaterial aus Schwefel oder Jod besteht.

18. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß im Grundkörper des Stators an den axialen Stirnsei ten und/oder an den radialen Außenseiten zusätzliche Kühlkanäle (15, 16) eingebaut sind, die von einem Kühl fluid durchströmbar sind.