DE4335848C2

DE4335848C2 - Kühlanordnung für eine Transversalflußmaschine

Info

Publication number: DE4335848C2
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: 1996-07-11
Anticipated expiration: 2013-10-21
Also published as: DE4335848A1; US5717262A; FI944901A7; JPH07194061A; CA2118539A1; US5670835A; FI944901A0; FI944901L

Description

Die Erfindung betrifft eine Kühlanordnung für eine Transver salflußmaschine, mit einem in einem Grundkörper angeordneten Stator aus zwei axial beabstandeten Teilen, denen je eine An kerwicklung koaxial zugeordnet ist, mit einem den Ankerwick lungen gegenüberliegenden Rotor, wobei der Rotor je Teil in Umfangsrichtung eine Vielzahl von Magneten und magnetisierba ren Sammlerelementen in abwechselnder Folge in einer Ringan ordnung von Sammlerringen aufweist und wobei der Rotor in axialer Richtung eine an einer Rotorwelle befestigbare Trä gerscheibe aufweist, an der die jeweiligen Sammlerringe befe stigt sind, mit einem Paar von Sammlerringen je Teil und mit mindestens einem Kühlkanal im Stator, der sich in Umfangs richtung erstreckt.

Die Erfindung betrifft weiterhin eine Kühlanordnung für eine Transversalflußma schine, mit einem Stator mit mindestens einer koaxialen An kerwicklung, 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 Sammlerrin gen aufweist und wobei der Rotor in axialer Richtung eine an einer Rotorwelle befestigbare Trägerscheibe aufweist, an der die jeweiligen Sammlerringe befestigt sind, und mit minde stens einem Paar von Sammlerringen.

Die Konstruktion derartiger Transversalflußmschinen ist bei spielsweise aus der DE 37 05 089 C2 bekannt. Bei derartigen Maschinen wird im Betrieb sowohl im Stator 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 Kreisströme im Rotor erzeugt wird. Dabei sind vor allem Situationen 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.

So sind aus der DE 41 15 273 C1 Kühlanordnungen der eingangs genannten Art bekannt, wobei dort angestrebt ist, für eine Transversalflußmaschine eine wirksame Kühlmöglichkeit zu schaffen, die nicht mit der Vergrößerung der Außenabmessungen einhergeht. Zu diesem Zweck ist dort vorgesehen, daß die Au ßenstatoren und Innenstatoren von ringförmigen Hohlräumen um geben sind, die von einem in Umfangsrichtung geleiteten Kühl mittel durchströmt sind. Eine derartige Kühlanordnung ist zwar für eine Reihe von Anwendungsfällen gut geeignet, jedoch wird damit primär eine Kühlung des Stators erzielt, die sich nur indirekt auf den Rotor auswirkt.

In der DE 92 00 116 U1 ist ebenfalls eine Transversalflußma schine beschrieben, wobei das Problem der Wärmeentwicklung durch Wirbelströme im Rotor angesprochen ist. Dabei ist er läutert, daß der Strom sich auf das Magnetvolumen aufteilt und zusammen mit der hohen elektrischen Leitfähigkeit von seltenen Erd-Magneten zu niedrigen spezifischen Stromwärme verlusten führt, wobei jedoch diese Verluste im Sammlereisen sehr hoch sind und dieses stark erwärmen. Der Magnetwerkstoff wird durch Wärmeleitung ebenfalls belastet und in seinen ma gnetischen Eigenschaften beeinträchtigt. Als Abhilfe wird dort eine elektrische Isolierschicht an den Berührflächen Ma gnet/Sammler vorgeschlagen. Da die Sammlerelemente dort durch Stege mit den Magneten verhakt sind, werden die Berührflächen von ihren mechanischen Aufgaben teilweise entbunden, und es wird somit das Aufbringen einer Isolierschicht ermöglicht. Die Problematik der Wärmeabführung selbst ist in dieser Druckschrift nicht behandelt.

In der DE-OS 24 16 859 ist eine Vorrichtung zur Wärmeübertra gung zwischen einem beweglichen, vorzugsweise rotierenden Teil und einem stationären Teil angegeben, wobei das rotie rende Teil mit einer Reihe von Ringelementen versehen ist, die konzentrisch zur Rotationswelle liegen und sich axial er strecken. Die Ringelemente bewegen sich während der Drehbewe gung des rotierenden Teiles in den Zwischenräumen einer Reihe stationärer, zur Rotationswelle ebenfalls konzentrisch lie gender Ringelemente, wobei letztere an einem in Bezug auf das rotierende Teil stationären Teil angebracht sind, so daß auf diese Weise die Wärme zwischen dem rotierenden Teil und dem stationären Teil übertragen wird.

Bei der Anordnung gemäß der DE-OS 24 16 859 ist vorgesehen, daß das rotierende Teil der Rotor eines Elektromotors ist, der an dem einen Ende oder an beiden Enden verlängert ist, daß die Verlängerungen die Ringelemente bilden und daß die Ringelemente in einem Stück mit dem stationären Teil ausge bildet sind, so daß die Wärme von dem Rotor an die Umgebung über die Ringelemente und das stationäre Teil übertragen wird.

In der DE-AS 19 00 411 ist eine Anordnung zur Kühlung des Läufers einer elektrischen Maschine mittels eines verdampfba ren Kühlmittels beschrieben, welches in einem von den zu küh lenden Teilen des Läufers bestimmten Verdampfungsabschnitt in der Hohlwelle verdampft und in einem Kondensationsabschnitt an einem Ende der hermetisch abgeschlossenen Hohlwelle kon densiert, wobei durch die Rotation des Läufers ein geschlos sener Kreislauf des Kühlmittels nach Art eines Wärmerohres mit der Zentrifugalkraft erzeugbar ist, durch welche die In nenwandung der Hohlwelle mit dem Kühlmittel ausgekleidet und das Kühlmittel vom Kondensationsabschnitt zum Verdampfungsab schnitt zurückführbar ist. Dabei ist es zweckmäßig, wenn der Kondensationsabschnitt und der Verdampfungsabschnitt der Hohlwelle gleiche Durchmesser haben.

Zu dieser Thematik finden sich weitere spezielle Ausführungen in der Veröffentlichung "Einsatz von Wärmerohren zur Kühlung elektrischer Maschinen" von W. Markert, in ELEKTRIE 36 (1982), Heft 1, Seiten 30 bis 32. Allerdings ist die spe zielle Problematik der Kühlung einer Transversalflußmaschine dort nicht angesprochen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Kühlanordnung für eine Transversalflußmaschine der eingangs genannten Art anzugeben, die eine besonders wirkungsvolle Kühlung des Rotors der Maschine ge währleistet.

Bei einer ersten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Kühl anordnung besteht die erfindungsgemäße Lösung darin, daß der Kühlkanal in eine Distanzscheibe eingebaut ist, die zwischen den Teilen des Stators vorgesehen ist, die der Trägerscheibe radial gegenüberliegt und symmetrisch zu der Trägerscheibe angeordnet und gegenüber dem Stator thermisch isoliert ist, wobei sich der Kühlkanal breitflächig axial erstreckt.

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.

Durch die breitflächige Ausbildung des Kühlkanals wird eine effiziente Abführung von Wärme von dem Rotor erreicht. Die Kühlung erfolgt ganz gezielt für die Trägerscheibe in dem Be reich, in welchem sie an einen Sammlerring angrenzt, in wel chem sonst unerwünschte Erwärmungen auftreten. Durch die thermische Isolierung wird sichergestellt, daß die Kühlung lokal begrenzt erfolgt und damit lokal 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, breitflächige Hohlräume aufweist, die die thermische Isolierung gegenüber dem benachbarten Bereich des Stators bilden. Diese Maßnahmen dienen einer gezielten Lokalisierung der Kühlwirkung auf den Rotor.

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 weiterer Kühlkanal in den Grundkörper des Stators eingebaut ist und in radialer Richtung verlaufend der Trägerscheibe gegenüberliegt. Auf diese Weise wird der großflächige, radial verlaufende Bereich der Trägerscheibe des Rotors zu Kühlzwecken genutzt.

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

In Weiterbildung der erfindungsgemäßen Anordnung ist vorgese hen, daß dem jeweiligen weiteren Kühlkanal auf der der Trä gerscheibe abgewendeten Seite ein Hohlraum zugeordnet ist, der in radialer Richtung verläuft und eine thermische Isolie rung gegenüber dem benachbarten Bereich des Stators bildet. Damit kann auch an diesen Stellen eine gezielte Lokalisierung der Kühlwirkung auf die Trägerscheibe des Rotors erfolgen.

In Weiterbildung der erfindungsgemäßen Anordnung ist vorgese hen, daß die Trägerscheibe und die im Bereich der Kühlkanäle gegenüberliegenden Bereich des Stators mit ineinandergreifen den komplementären Zähnen versehen sind, die im wesentlichen parallel zueinander verlaufende Flächen haben und durch einen Luftspalt voneinander getrennt sind. Auf diese Weise wird die wirksame Fläche zur Wärmeabführung erheblich vergrößert und damit die Kühlwirkung in vorteilhafter Weise unterstützt. Die Zähne können dabei rechteckigen, trapezförmigen oder dreiec kigen Querschnitt haben. Wichtig ist lediglich, daß der Luft spalt zwischen ihnen hinreichend groß ist, um eine mechani sche Berührung im Betrieb zuverlässig auszuschließen.

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 speziellen Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Anord nung ist vorgesehen, daß entweder anstatt der vorstehend be schriebenen Maßnahmen oder zusätzlich zu den vorstehend ange gebenen Maßnahmen ein Rotor mit spezieller Bauform verwendet wird, wobei die Anordnung so ausgebildet ist, daß das Paar von Sammlerringen durch einen Isolierring aus magnetisch pas sivem und elektrisch nicht-leitendem Material verbunden ist 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 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 Transversalfluß maschine mit Kühlanordnung;

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

Fig. 3 einen schematischen Längsschnitt durch eine Transversalflußmaschine zur Erläuterung einer Weiterbildung der erfindungsgemäßen Kühlanordnung;

Fig. 4 einen schematischen Teillängsschnitt durch einen Ro tor für eine Transversalflußmaschine 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 Transversalflußma schine der hier interessierenden Art anhand von Fig. 1 erläu tert werden. Bei der in Fig. 1 dargestellten Maschine 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 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 Maschine 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 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 Weiterbildung der Kühlanordnung, die in ihrem Aufbau weitgehend der vorstehend beschriebenen Ausführungsform entspricht. Im folgenden soll daher lediglich auf die un terschiedliche Ausgestaltung eingegangen werden.

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 Transversalflußmaschine,
mit einem in einem Grundkörper angeordneten Stator aus zwei axial beabstandeten Teilen, denen je eine Ankerwicklung koaxial zugeordnet ist,
mit einem den Ankerwicklungen gegenüberliegenden Rotor, wobei der Rotor je Teil in Umfangsrichtung eine Vielzahl von Magneten und magnetisierbaren Sammlerelementen in abwechseln der Folge in einer Ringanordnung von Sammlerringen aufweist und wobei der Rotor in axialer Richtung eine an einer Rotorwelle befestigbare Trägerscheibe aufweist, an der die jeweiligen Sammlerringe befestigt sind,
mit einem Paar von Sammlerringen je Teil,
und mit mindestens einem Kühlkanal im Stator, der sich in Umfangsrichtung erstreckt,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Kühlkanal (18) in eine Distanzscheibe (17) eingebaut ist, die zwischen den Teilen vorgesehen ist, die der Träger scheibe (7) radial gegenüberliegt und symmetrisch zu der Trägerscheibe (7) angeordnet und gegenüber dem Stator thermisch isoliert ist, wobei sich der Kühlkanal (18) breitflächig axial erstreckt.

2. Anordnung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Distanzscheibe (17) aus einem Material besteht, das magnetisch passiv ist und eine gute Wärmeleitfähigkeit besitzt,
und daß die Distanzscheibe (17) zu beiden Seiten des Kühl kanals (18) im wesentlichen radial verlaufende, breitflächige Hohlräume aufweist, die die thermische Isolierung (19) gegen über dem benachbarten Bereich des Stators bilden.

3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Hohlräume mit Luft oder mit einem anderen Isolier material gefüllt sind.

4. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein weiterer Kühlkanal (20) in den Grundkörper des Stators eingebaut ist und in radialer Richtung verlaufend der Trägerscheibe (7) gegenüberliegt.

5. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Paar von gegenüberliegenden, radial verlaufenden weiteren Kühlkanälen (20) zu beiden Seiten der Trägerscheibe (7) vorgesehen ist.

6. Anordnung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß dem jeweiligen weiteren Kühlkanal (20) auf der der Trägerscheibe (7) abgewendeten Seite ein Hohlraum zugeordnet ist, der in radialer Richtung verläuft und eine thermische Isolierung gegenüber dem benachbarten Bereich des Stators bildet.

7. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Trägerscheibe (7) und die im Bereich der Kühlkanäle (18, 20) gegenüberliegenden Bereiche des Stators mit ineinan dergreifenden komplementären Zähnen (29, 31) versehen sind, die im wesentlichen parallel zueinander verlaufende Flächen haben und durch einen Luftspalt voneinander getrennt sind.

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

9. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Materialien der einander gegenüberliegenden Kompo nenten im Bereich der Kühlkanäle (18, 20) zur Erhöhung des Emissionsgrades oberflächenbehandelt sind.

10. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 9,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Paar von Sammlerringen (1, 2; 3, 4) durch einen Isolierring (5, 6) aus magnetisch passivem und elektrisch nicht-leitendem Material verbunden ist
und daß in den Isolierring (5, 6), in Umfangsrichtung verteilt, Speicherzellen (21) eingearbeitet sind, die mit einem Phasenübergangsmaterial gefüllt sind, dessen Schmelz punkt bzw. Siedepunkt unterhalb einer vorgegebenen Temperatur liegt.

11. Anordnung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Phasenübergangsmaterial eine Übergangstemperatur hat, die unterhalb der kritischen Temperatur der Permanentmagneten liegt.

12. Kühlanordnung für eine Transversalflußmaschine,
mit einem Stator mit mindestens einer koaxialen 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 magnetisierbaren Sammlerele menten in abwechselnder Folge in einer Ringanordnung von Sammlerringen (1-4) aufweist und wobei der Rotor (1-7) in axialer Richtung eine an einer Rotorwelle (25) befestigbare Trägerscheibe (7) aufweist, an der die jeweiligen Sammler ringe (1-4) befestigt sind,
und mit mindestens einem Paar von Sammlerringen (1, 2; 3, 4),
dadurch gekennzeichnet,
daß das Paar von Sammlerringen (1, 2; 3, 4) durch einen Isolierring (5, 6) aus magnetisch passivem und elektrisch nicht-leitendem Material verbunden ist
und daß in den Isolierring (5, 6), in Umfangsrichtung verteilt, Speicherzellen (21) eingearbeitet sind, die mit einem Phasenübergangsmaterial gefüllt sind, dessen Schmelz punkt 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 Permanentmagneten liegt.

14. Anordnung nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Phasenübergangsmaterial elektrisch und magnetisch passiv ist.

15. Anordnung nach einem der Ansprüche 10 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß das Phasenübergangsmaterial aus Schwefel oder Jod besteht.

16. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß im Grundkörper des Stators an den axialen Stirnseiten und/oder an den radialen Außenseiten zusätzliche Kühlkanäle (15, 16) eingebaut sind, die von einem Kühlfluid durchström bar sind.