EP0882322A1 - Method for cooling an alternating current motor, notably a transverse flux motor and alternating current motor, in particular a transverse flux motor - Google Patents

Method for cooling an alternating current motor, notably a transverse flux motor and alternating current motor, in particular a transverse flux motor

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EP0882322A1
EP0882322A1 EP97953731A EP97953731A EP0882322A1 EP 0882322 A1 EP0882322 A1 EP 0882322A1 EP 97953731 A EP97953731 A EP 97953731A EP 97953731 A EP97953731 A EP 97953731A EP 0882322 A1 EP0882322 A1 EP 0882322A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
rotor
stator
coolant
cooling
machine
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP97953731A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Uwe Mühlberger
Andreas Lange
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Voith Turbo GmbH and Co KG
Original Assignee
Voith Turbo GmbH and Co KG
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Publication date
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Priority claimed from DE29621166U external-priority patent/DE29621166U1/en
Application filed by Voith Turbo GmbH and Co KG filed Critical Voith Turbo GmbH and Co KG
Publication of EP0882322A1 publication Critical patent/EP0882322A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K9/00—Arrangements for cooling or ventilating
    • H02K9/22—Arrangements for cooling or ventilating by solid heat conducting material embedded in, or arranged in contact with, the stator or rotor, e.g. heat bridges
    • H02K9/227—Heat sinks
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K9/00—Arrangements for cooling or ventilating
    • H02K9/19—Arrangements for cooling or ventilating for machines with closed casing and closed-circuit cooling using a liquid cooling medium, e.g. oil
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K5/00—Casings; Enclosures; Supports
    • H02K5/04—Casings or enclosures characterised by the shape, form or construction thereof
    • H02K5/12—Casings or enclosures characterised by the shape, form or construction thereof specially adapted for operating in liquid or gas

Definitions

  • the invention relates to a method for cooling an AC machine, in particular a transverse flux machine or a three-phase machine, and also an AC machine.
  • AC machines for example asynchronous machines or
  • AC machines that operate on the transverse flux principle include at least one stator with at least one armature winding and a rotor opposite the armature winding.
  • the rotor consists of at least two ring elements arranged next to one another, separated by an intermediate layer made of magnetically and electrically non-conductive material, which have a plurality of mutually arranged polarized magnets and soft iron elements in the circumferential direction.
  • Transverse flux machines are preferably constructed symmetrically. These then comprise two pole structures separated by a central carrier disk.
  • DE 43 35 848 A1 discloses a large number of possibilities for improving the cooling effect, in particular to design a cooling arrangement in such a way that the cooling devices have at least one cooling channel which is installed in the region or in the vicinity of the carrier disk in the stator and by a cooling fluid is flowable. Each cooling channel is separated from the carrier disk only by a channel cover of minimal thickness and the air gap between the rotor and stator.
  • Also known from this document is an embodiment with an axially extending cooling channel in a spacer which is provided between a pair of stator sections.
  • the spacer disk lies radially opposite the carrier disk, is arranged symmetrically to the carrier disk and is thermally insulated from the stator sections.
  • This consists of a material that is magnetically passive and has good thermal conductivity.
  • Another known way of increasing the heat reduction is to provide the carrier disk and the areas of the stator opposite one another in the area of the cooling channels with interlocking complementary teeth which have surfaces which run essentially parallel to one another and are separated from one another by an air gap.
  • a rotor which is attached to the carrier disk has at least one pair of collector rings which are connected by an insulating ring made of magnetically passive and electrically nonconductive material, and in which in the insulating ring, in
  • memory cells are incorporated, which are filled with a phase change material.
  • the disadvantage of the known designs is that large cooling effects can only be achieved with a high manufacturing expenditure.
  • the most stressed and heated areas of the rotor can often not be optimally and above all not evenly cooled.
  • induction machines in particular asynchronous machines, which are also constructed from a rotor and stator, the stator preferably being viewed in a radial direction over a larger diameter than the rotor, the rotor evades intensive cooling, unless an external cooling gas, for example air or nitrogen, or one
  • Liquid such as water or oil can be supplied. It is generally known that the traction ventilation has so far prevailed in traction drives of higher power with induction machines. In the case of smaller sizes, however, the cooling of the rotor and thus also of the stator winding head remains unsatisfactory. To solve this problem, it is proposed to improve the movement of the air in the end space and to implement an internal air circuit between the stator core and the rotor core to improve the cooling. With this solution, only the air trapped in the electrical machine is moved. However, the heat content and heat transfer do not lead to any noticeable improvement.
  • the invention has for its object to perform a cooling arrangement generally for an AC machine such that in addition to ensuring effective cooling of the AC machine, in particular the rotor as a particularly heavily used component, a low design and cost-effective effort is recorded.
  • transverse flux machines in which devices for cooling the stator are provided, those which cannot be directly cooled are used according to the invention. Areas of the rotor are cooled by means of a coolant / air mixture which is produced as a result of atomization.
  • the AC machine in particular the transverse flux machine, is partially filled in such a way that, at least in the installed position below the rotor axis, a coolant sump is formed in the mathematical sense when not in operation, such that when the
  • Alternating current machine is partially entrained and atomized by the rotor rotation and the atomized particles reach at least one of the gaps and thus in the area of the rotor.
  • the filling is preferably carried out in such a way that in the radially outer space, also referred to as an air gap, in the installed position between the rotor and
  • the stator forms a coolant sump below the rotor axis.
  • the coolant is entrained by the rotor rotation and atomized due to the forces acting on the coolant. It mainly occurs depending on the speed of the rotor shaft and the filling level
  • Coolant-air mixture in the air gap between the rotor and stator Through heat flow and heat transfer, this takes over the heat transfer from the rotor to the water-cooled stator, for example.
  • the coolant-air mixture essentially only takes on the heat transport, which is why no additional devices for cooling the coolant have to be provided and a one-time partial filling with coolant, which remains inside the AC machine, is sufficient.
  • the spaces between the rotor and the stator are determined with regard to their radial position based on the theoretical symmetry or
  • Axis defines which corresponds to the axis of rotation of the rotor.
  • a coolant with low viscosity ie with a low internal friction due to force effects between the molecules, for example in the form of low-viscosity oil.
  • the solution according to the invention offers the possibility of dissipating heat even in the critical areas which could previously only be insufficiently cooled by means of conventional cooling arrangements.
  • the use of oil also offers the possibility of protecting the rotor against corrosion.
  • partial filling is preferably selected, which, when the AC machine is not in operation, enables a coolant level at a height which is in the region of the space or spaces located radially on the inside in relation to the rotor axis
  • the rotor and stator are located. These gaps are also called air gaps. Filling with a higher coolant level is also conceivable.
  • the solution according to the invention can be used in AC machines of various designs. This can therefore be used both in AC machines that work on the transverse flux principle and in AC machines that work on the rotating field principle. Furthermore, the applicability can be used regardless of the structure and thus in particular in transverse flux machines with an essentially symmetrical structure, ie with a rotor with pole structures extending in the axial direction on both sides of a central carrier disk, and also in versions with only one pole structure. Also, two air gaps arranged one above the other in the radial direction need not necessarily be provided, one is sufficient, ie either a radially outer air gap or a radially inner air gap.
  • the coolant level is at least in the area of the rotor, and the rotor can also be completely immersed in the coolant sump with a partial area in the circumferential direction.
  • This possibility can be used as a measure for additional cooling in combination with conventional cooling measures in any type of AC machine. In the case of machines with low output, partial filling in combination with simple stator cooling is sufficient.
  • the stator can be cooled in different ways, directly or indirectly using different cooling media. In the simplest case, this is connected to corresponding cooling devices or coolant channels which can be filled with coolant are provided in the stator main body.
  • stator in the vicinity of the carrier disk at least one cooling channel through which a cooling fluid can flow, the cooling channel being separated from the carrier disk only by a channel cover of minimal thickness and the space between the rotor and stator.
  • the cooling channel can extend axially and be installed in a spacer which is arranged between a pair of stator sections.
  • the spacer is symmetrically opposite in the radial direction to the carrier disk arranged and thermally insulated from the stator sections.
  • the spacer is preferably made of a material that is magnetically passive. and has good thermal conductivity.
  • On both sides of the cooling channel, it has essentially radially extending, wide-area cavities which have a thermal
  • the cavities can be filled with air or other insulation materials.
  • cooling channel can be arranged in the base body of the stator.
  • the design of the rotor is modified such that the rotor on the
  • Carrier disk attached has at least one pole structure, in which the annular arrangements of alternately magnetizable magnets and soft iron elements are connected by an insulating ring made of magnetically passive and electrically non-conductive material.
  • an insulating ring made of magnetically passive and electrically non-conductive material. In this insulating ring are in the circumferential direction
  • Memory cells are incorporated, which are filled with phase change material, the melting point of which is below a predetermined temperature.
  • the first-mentioned possibility is preferred in particular in the case of designs of alternating current machines, in particular in the case of transverse flux machines, which have additional cooling devices on the stator main body.
  • the simplest way of realizing the partial filling is to design the coolant sump in such a way that the stator is completely immersed in this area and the radial outer space between the stator and the rotor is thus also partially filled.
  • the filling is also carried out in such a way that the rotor for
  • the partial immersion of the rotor offers the advantage that a corresponding cooling effect can be achieved even at low speeds, while if the coolant sump level is provided at a short distance from the outer circumference of the rotor, the cooling effect only occurs at increased speed.
  • stator is partially immersed at least partially below the theoretical rotor axis in the coolant sump, this is preferably provided with corresponding channels which, in cooperation with other channels provided in the rotor, form a so-called internal circuit in addition to the liquid mist cooling.
  • the corresponding channels are preferably arranged in the rotor in the immediate area of the outer circumference of the rotor and preferably extend in some form over the axial extent of the rotor.
  • the inner circuit offers the advantage, viewed in the axial direction, of guiding the coolant from one side to the other end face of the stator or of the rotor and, at the same time, additionally enabling additional rotor cooling through the inner circuit.
  • FIG. 1 shows a section of a sectional illustration of a
  • FIG. 2-5 additional options for rotor cooling suitable for combination with partial filling
  • Figure 6 is a simplified representation of an axial section of a
  • Figure 1 illustrates the structure of a in a sectional view
  • AC machine in the form of a transverse flux machine 1 in Installation position.
  • This comprises a rotor 2 and a stator 3.
  • the rotor 2 comprises a rotor shaft 5, which is mounted in a stator housing 4 and has a central carrier disk 6, which is non-rotatably fastened thereon and extends essentially in the radial direction, on the end faces of which pole structures are arranged coaxially on both sides of the rotor axis of rotation A. - a first
  • Pole structure 7 and a second pole structure 8 are provided.
  • Each pole structure 7 or 8 comprises two rows 11 and 12 or 13 and 14 of magnets alternately magnetized alternately in the circumferential direction with soft iron elements 16 arranged next to one another in the axial direction and each separated by an intermediate layer 9 or 10 made of magnetically and electrically non-conductive material.
  • each pole structure 7 or 8 is assigned an end ring 17 or 18 on the end face.
  • the stator 3 has a base body 19, in which radially outer and radially inner armature windings 21 or 23 and 20 or 22 are accommodated which extend in the circumferential direction. These are surrounded by axially running cutting band cores 24, 25 or 26 and 27.
  • the armature windings 20 and 22, together with the associated cutting band cores 24 and 26, each form an inner stator part 28 and 29 in relation to the installation position in the radial direction, the armature windings 21 and 23 each form an outer stator part 30 and 31 with the cutting band cores 25 and 27.
  • the inner diameter d, and the outer diameter d a of the rotor 2 is selected for the dimensions of the stator parts 28 and 29 or 30 and 31 in such a way that between the rotor and the stator also referred to as the air gap
  • Gaps are formed.
  • a first space between the inner stator part 28 and the rotor 2 a second space 33 between the inner stator part 29 and a third and fourth space 34 and 35 are each formed between the outer stator parts 30 and 31 and the rotor 2.
  • the traversal flow machine is assigned here means for filling with an operating medium which are not shown in detail. The filling takes place at least over a part of the outer spaces 34 and 35 in the radial direction.
  • a fill level of the coolant sump is selected in the region of the radial expansion of the inner space when not in use, as shown in FIG. It is conceivable to fill only the gaps, ie the area between the rotor 2 and the base body 19. However, it is also possible to immerse a part of the base body 19 in a coolant sump, connections to the interspaces having to be made in each case. This latter case also offers the possibility of simplified stator cooling.
  • the coolant When the AC machine, in particular the transverse flux machine, is started up, the coolant is entrained by the rotor rotation and atomized on account of the forces acting on the coolant as a result. Basically, depending on the speed of the rotor shaft and the filling level, a coolant-air mixture is created in the spaces 32 to 35 between rotor 2 and stator 3. This takes over the heat transport from the heat flow and heat transfer
  • Rotor 2 to the water-cooled stator, for example.
  • the coolant-air mixture essentially only takes on the heat transport, which is why no additional devices for cooling the coolant have to be provided and a one-time partial filling with coolant, which remains inside the AC machine, is sufficient.
  • cooling channels 37, 38, 39 and 40 are provided, through which a cooling liquid can flow. Possibilities for additional cooling of the rotor 2 are described in FIGS. 2 to 5. These can be combined with the partial filling according to the invention. The same reference numerals are used for the same elements.
  • FIG. 2 illustrates one possibility on the basis of a detail from FIG. 1.
  • a spacer 42 can be seen, which is arranged on the radially outer side of the base body 19 between the two stator parts 30 and 31 and is fastened to the base body 19 with casting compound 43.
  • the spacer disk 42 In its radially inner area, the spacer disk 42 has a wide-area cooling channel 44, which is separated from the opposite area of the carrier disk 6 only by the wall 45 of a channel cover 45. In this way, heat can be withdrawn from the carrier disk 6 in this area over the entire axial width of the spacer disk in the circumferential direction, the carrier disk 6 preferably consisting of one
  • a preferred embodiment consists in providing thermal insulation 47 with respect to the adjacent stator regions. This can be formed, for example, by a cavity.
  • cooling channel 46 As an alternative or in addition to the cooling channel 44 according to FIG. 2, there is the possibility of providing a radially extending, broad-area cooling channel 46 which is opposite a corresponding area of the carrier disk 6 of the rotor 2.
  • the cooling channel 46 is in one
  • FIGS. 4 and 5 Another special design of a rotor 2 for an AC machine is shown in FIGS. 4 and 5.
  • FIG. 4 illustrates a section of a sectional view through a rotor 2.
  • the carrier disk 6 and the pole structure 8 are shown with the two rows 10 and 11 separated from one another by an intermediate layer 9, but mechanically connected to one another.
  • the intermediate layer 9 contains, as in FIG. 5 A view A corresponding to FIG. 4 shows a large number of memory cells 49 arranged distributed over the circumference. These memory cells contain a phase transition material whose melting point or boiling point is below a predetermined temperature. In practice, this predetermined temperature is expediently chosen so that it is below the critical temperature of the permanent magnets which are embedded in the pole structures.
  • FIG. 6 illustrates in a schematically simplified representation an axial section through an AC machine in the form of a three-phase asynchronous machine with partial filling according to the invention.
  • the three-phase asynchronous machine comprises a stator 51 and a rotor 52, the stator 51 being at least partially below the rotor 52 in the circumferential direction
  • the stator 51 which is also called the primary part, comprises a three-phase winding 54, while the rotor 52 is provided with a so-called short-circuit winding 55.
  • the power is transferred to the asynchronously rotating rotor 52 by means of the rotating field generated in the stator.
  • Stator 51 and rotor 52 are in one
  • a coolant sump 57 is formed by partial filling when not in operation.
  • the coolant sump 57 extends, viewed in the axial direction, from a so-called front end space 58 to a rear one
  • the coolant sump level 60 when not in operation is preferred provided in the area of the outer circumference 61 of the rotor, the rotor 52 preferably being partially immersed in the coolant sump 57 when not in operation.
  • the stator 51 is also, viewed in the installed position, surrounded by coolant below the rotor axis A R theoretically and the space 53 below the theoretical rotor axis A R theoretically is also filled with coolant over a part in the circumferential direction.
  • the coolant is entrained from the coolant sump 57 and atomized in the intermediate space 53.
  • a liquid mist is thus formed both in the intermediate space 53 and in the end regions 58 and 59, which are formed by the end sides of the rotor 52, stator 51 and housing 56, which, as already for the embodiment according to FIG Figure 1 sufficiently described, fulfilled, from.
  • additional channels are provided in the rotor and in the stator, which are denoted here by 62 and 63.
  • the channels 62 arranged in the stator 51 are preferably arranged in the area of the outer circumference 64 of the stator 51. These extend from one end face to the opposite end face of the stator 51 in the installed position.
  • the length of the channels, their design and their management are at the discretion of the specialist.
  • a channel guide is preferably sought which describes a minimum length between the two end faces.
  • At least one channel 62 is to be provided in the stator 51.
  • a plurality of channels 63 arranged distributed in the circumferential direction are provided in the rotor 52.
  • a plurality of channels 63 are preferably arranged on a common diameter in relation to the theoretical rotor axis A R theoretically. This too
  • Channels 63 extend over the entire axial extent of the rotor 52 between the two end faces of the rotor.
  • the design in terms of size, shape and distance from the theoretical rotor axis A rt eoret i sch, is at the discretion of the person skilled in the art. Due to the rotor rotation, a so-called inner circuit is formed between the channels 62 and 63, depending on the direction of rotation of the rotor 52, which liquid the coolant sump 57 is conveyed through the channels 52 in the stator 51 and the channels 63 in the rotor 52 and leads in the circuit. This effect creates an additional cooling option for the rotor. It is possible to use asynchronous machines which are already available and which contain corresponding bores in the rotor and stator for the purpose of cooling and which use these to implement an internal air circuit without changing these channels for the internal coolant circuit.
  • the method according to the invention is not limited in terms of its applicability to a specific mode of operation of the AC machine and a specific structure. It is only necessary to ensure that a coolant sump is present in the area of the outer circumference of the rotor, from which coolant or coolant is entrained due to the rotor rotation and thus atomized.

Abstract

The invention relates to a method for cooling an alternating current motor comprising a rotor and stator which together form at least one internal radial or external radial space. By this method, at least a partial area of the stator is cooled and, in addition, the alternating current motor is partly filled with coolant in such a way that, if the motor is not operating and is in the mounting position, a pool of coolant forms, the level of which settles at least below the axis of symmetry of the alternating current motor. When the alternating current motor is operating, the coolant is atomized by the rotation of the rotor.

Description

Verfahren zur Kühlung einer Wechselstrommaschine, insbesondere Transversalflußmaschine und Wechselstrommaschine, insbesondere Method for cooling an AC machine, in particular a transverse flux machine and an AC machine, in particular
TransversalflußmaschineTransverse flux machine
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Kühlung einer Wechselstrommaschine, insbesondere einer Transversalflußmaschine oder eine Drehfeldmaschine, ferner eine Wechselstrommaschine.The invention relates to a method for cooling an AC machine, in particular a transverse flux machine or a three-phase machine, and also an AC machine.
Elektrische Maschinen in Form von Wechselstrommaschinen sind in verschiedenen Ausführungen aus einer Vielzahl von Druckschriften bekannt.Various versions of electrical machines in the form of AC machines are known from a large number of publications.
Wechselstrommaschinen, beispielsweise Asynchronmaschinen oderAC machines, for example asynchronous machines or
Synchronmaschinen, die nach dem Prinzip der Drehfelderzeugung arbeiten, sind aus Dubbel, Taschenbuch für den Maschinenbau, Seite V18 - V31 , bekannt.Synchronous machines that work on the principle of rotary field generation are known from Dubbel, paperback for mechanical engineering, page V18 - V31.
Wechselstrommaschinen, die nach dem Transversalflußprinzip arbeiten, sind beispielsweise in folgenden DruckschriftenAC machines that work on the transverse flow principle are, for example, in the following publications
(1) DE 3536538 A1(1) DE 3536538 A1
(2) DE 3705089 C1 (3) DE 3904516 C1(2) DE 3705089 C1 (3) DE 3904516 C1
(4) DE 4125779 C1 offenbart. Diese beschreiben im wesentlichen das Grundprinzip und den(4) DE 4125779 C1. These essentially describe the basic principle and the
Aufbau.Construction.
Wechselstrommaschinen, die nach dem Transversalflußprinzip arbeiten, umfassen wenigstens einen Stator mit mindestens einer Ankerwicklung und einen der Ankerwicklung gegenüberliegenden Rotor. Der Rotor besteht dabei aus wenigstens zwei nebeneinander angeordneten, durch eine Zwischenlage aus magnetisch und elektrisch nicht leitenden Material getrennten, Ringelementen, die in Umfangsrichtung eine Vielzahl von wechselweise angeordneten polarisierten Magneten und Weicheisenelementen aufweisen.AC machines that operate on the transverse flux principle include at least one stator with at least one armature winding and a rotor opposite the armature winding. The rotor consists of at least two ring elements arranged next to one another, separated by an intermediate layer made of magnetically and electrically non-conductive material, which have a plurality of mutually arranged polarized magnets and soft iron elements in the circumferential direction.
BES IGUNGSK PI Eine derartige Anordnung zweier Ringelemente bildet eine Polstruktur. Vorzugsweise sind Transversalflußmaschinen symmetrisch aufgebaut. Diese umfassen dann zwei durch eine zentrale Trägerscheibe getrennte Polstrukturen.BES IGUNGSK PI Such an arrangement of two ring elements forms a pole structure. Transverse flux machines are preferably constructed symmetrically. These then comprise two pole structures separated by a central carrier disk.
Bei einer derartigen Maschine wird im Betrieb sowohl im Rotor als auch im Stator aufgrund der durch die Wicklungen und die Magnetkerne auftretenden und durch induzierte Wirbelströme bedingten Verlustleistungen Wärme erzeugt. Diese begrenzt bei Nichtergreifung geeigneter Maßnahmen die Belastbarkeit, die Belastungsdauer und damit auch die Einsetzbarkeit derWith such a machine, heat is generated in operation both in the rotor and in the stator due to the power losses which occur due to the windings and the magnetic cores and are caused by induced eddy currents. If appropriate measures are not taken, this limits the resilience, the duration of the exposure and thus the usability of the
Wechselstrommaschine. Insbesondere sind vor allem Situationen kritisch, bei denen eine solche Maschine bei hoher Last und vor allem hoher Drehzahl arbeitet.AC machine. In particular, situations in which such a machine works under high load and above all at high speed are particularly critical.
Zur Vermeidung dieses nachteiligen Effektes ist es grundsätzlich bekannt, denIn order to avoid this disadvantageous effect, it is generally known that
Stator an Kühleinrichtungen anzuschließen. Auf diese Weise kann eine Erwärmung der Maschine und deren Komponenten verringert werden.Connect stator to cooling devices. In this way, heating of the machine and its components can be reduced.
Aus der DE 43 35 848 A1 sind eine Vielzahl von Möglichkeiten zur Verbesserung der Kühlwirkung bekannt, im einzelnen eine Kühlanordnung derart auszuführen, daß die Kühleinrichtungen mindestens einen Kühlkanal aufweisen, welcher im Bereich oder in der Nähe der Trägerscheibe in den Stator eingebaut und von einem Kühlfluid durchströmbar ist. Jeder Kühlkaπal ist dabei von der Trägerscheibe nur durch eine Kanalabdeckung minimaler Dicke und den Luftspalt zwischen Rotor und Stator getrennt.DE 43 35 848 A1 discloses a large number of possibilities for improving the cooling effect, in particular to design a cooling arrangement in such a way that the cooling devices have at least one cooling channel which is installed in the region or in the vicinity of the carrier disk in the stator and by a cooling fluid is flowable. Each cooling channel is separated from the carrier disk only by a channel cover of minimal thickness and the air gap between the rotor and stator.
Ebenfalls aus dieser Druckschrift bekannt, ist eine Ausführung mit axial verlaufendem Kühlkanal in einer Distanzscheibe, welche zwischen einem Paar von Statorabschnitten vorgesehen ist. Die Distaπzscheibe liegt der Trägerscheibe radial gegenüber, ist symmetrisch zur Trägerscheibe angeordnet und gegenüber den Statorabschnitten thermisch isoliert. Diese besteht aus einem Material, das magnetisch passiv ist und eine gute Wärmeleitfähigkeit besitzt.Also known from this document is an embodiment with an axially extending cooling channel in a spacer which is provided between a pair of stator sections. The spacer disk lies radially opposite the carrier disk, is arranged symmetrically to the carrier disk and is thermally insulated from the stator sections. This consists of a material that is magnetically passive and has good thermal conductivity.
Eine weitere bekannte Möglichkeit zur Erhöhung der Wärmereduzierung besteht darin, die Trägerscheibe und die im Bereich der Kühlkanäle gegenüberliegenden Bereiche des Stators mit ineinandergreifenden komplementären Zähnen zu versehen, welche im wesentlichen parallel zueinander verlaufende Flächen haben und durch einen Luftspalt voneinander getrennt sind.Another known way of increasing the heat reduction is to provide the carrier disk and the areas of the stator opposite one another in the area of the cooling channels with interlocking complementary teeth which have surfaces which run essentially parallel to one another and are separated from one another by an air gap.
Des weiteren ist es bekannt, entweder anstatt der vorstehend beschriebenen Maßnahmen oder zusätzlich einen Rotor zu verwenden, welcher an der Trägerscheibe befestigt, mindestens ein Paar von Sammlerringen aufweist, welche durch einen Isolierring aus magnetisch passiven und elektrisch nicht- leitendem Material verbunden sind, und bei welchem in den Isolierring, inFurthermore, it is known to use either instead of the measures described above or additionally a rotor which is attached to the carrier disk, has at least one pair of collector rings which are connected by an insulating ring made of magnetically passive and electrically nonconductive material, and in which in the insulating ring, in
Umfangsrichtung verteilt, Speicherzellen eingearbeitet sind, die mit einem Phasenübergangsmaterial gefüllt sind.Distributed circumferentially, memory cells are incorporated, which are filled with a phase change material.
Die Wirkung dieser bekannten Maßnahmen kann durch eine geeignete Werkstoffauswahl und Oberflächenbehandlung erhöht werden.The effect of these known measures can be increased by a suitable choice of material and surface treatment.
Der Nachteil der bekannten Ausführungen besteht darin, daß große Kühleffekte nur mit hohem fertigungstechnischen Aufwand erzielt werden können. Die am stärksten beanspruchten und erwärmten Bereiche des Rotors können oft nicht optimal und vor allem nicht gleichmäßig gekühlt werden.The disadvantage of the known designs is that large cooling effects can only be achieved with a high manufacturing expenditure. The most stressed and heated areas of the rotor can often not be optimally and above all not evenly cooled.
Aufgrund des Aufbaus der Transversalflußmaschine ist die Kühlung einiger Bereiche des Rotors nur indirekt möglich, insbesondere die Verbindungsstellen zwischen den einzelnen Ringelementen einer Polstruktur und/oder die Verbindung zwischen Trägerscheibe und den Polstrukturen. Dies sind jedoch die Bereiche, welche am stärksten einer Erwärmung ausgesetzt sind. Bei Drehfeldmaschinen, insbesondere Asynchronmaschinen, welche ebenfalls aus Rotor und Stator aufgebaut sind, wobei der Stator vorzugsweise auf einem größeren Durchmesser in radialer Richtung betrachtet als der Rotor angeordnet ist, entzieht sich der Rotor einer intensiven Kühlung, sofern nicht extern ein kühlendes Gas, beispielsweise Luft oder Stickstoff, oder eineDue to the structure of the transverse flux machine, cooling of some areas of the rotor is only possible indirectly, in particular the connection points between the individual ring elements of a pole structure and / or the connection between the carrier disk and the pole structures. However, these are the areas most exposed to warming. In induction machines, in particular asynchronous machines, which are also constructed from a rotor and stator, the stator preferably being viewed in a radial direction over a larger diameter than the rotor, the rotor evades intensive cooling, unless an external cooling gas, for example air or nitrogen, or one
Flüssigkeit, wie zum Beispiel Wasser oder Öl, zugeführt werden. Es ist allgemein bekannt, daß bei Traktionsantrieben größerer Leistung mit Drehfeldmaschinen sich bisher die Durchzugsbelüftung durchgesetzt hat. Bei kleineren Baugrößen bleibt somit die Kühlung des Rotors und damit auch des Statorwickelkopfes jedoch unbefriedigend. Zur Lösung dieses Problemes wird vorgeschlagen, das Bewegen der Luft im Stirnraum zu verbessern und einen internen Luftkreislauf zwischen Statorblechpaket und Rotorblechpaket zu realisieren, um die Kühlung zu verbessern. Bei dieser Lösung wird nur die in der elektrischen Maschine eingeschlossene Luft bewegt. Wärmeinhalt und Wärmeübergang führen jedoch zu keiner spürbaren Verbesserung.Liquid such as water or oil can be supplied. It is generally known that the traction ventilation has so far prevailed in traction drives of higher power with induction machines. In the case of smaller sizes, however, the cooling of the rotor and thus also of the stator winding head remains unsatisfactory. To solve this problem, it is proposed to improve the movement of the air in the end space and to implement an internal air circuit between the stator core and the rotor core to improve the cooling. With this solution, only the air trapped in the electrical machine is moved. However, the heat content and heat transfer do not lead to any noticeable improvement.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Kühlanordnung allgemein für eine Wechselstrommaschine derart auszuführen, daß neben der Gewährleistung einer wirkungsvollen Kühlung der Wechselstrommaschine, insbesondere des Rotors als besonders stark beanspruchtes Bauteil, ein geringer konstruktiver und kostenmäßiger Aufwand zu verzeichnen ist.The invention has for its object to perform a cooling arrangement generally for an AC machine such that in addition to ensuring effective cooling of the AC machine, in particular the rotor as a particularly heavily used component, a low design and cost-effective effort is recorded.
Die erfindungsgemäße Lösung ist durch die Merkmale der Ansprüche 1 , 2 und 7 charakterisiert. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen beschrieben.The solution according to the invention is characterized by the features of claims 1, 2 and 7. Advantageous configurations are described in the subclaims.
Bei Ausführungen von Wechselstrommaschinen mit einem Rotor und einem Stator, welche wenigstens jeweils wenigstens einen radial inneren und/oder radial äußeren Zwischenraum miteinander bilden, insbesondere Transversalflußmaschinen, bei welchen Einrichtungen zur Kühlung des Stators vorgesehen sind, werden erfindungsgemäß die nicht direkt kühlbaren Bereiche des Rotors mittels eines aufgrund von Zerstäubung entstehenden Kühlmittel-Luftgemisches gekühlt. Dazu wird die Wechselstrommaschine, insbesondere die Transversalflußmaschine derart teilbefüllt, so daß sich zumindest in Einbaulage unterhalb der Rotorachse im mathematischen Sinn im Nichtbetrieb ein Kühlmittelsumpf derart ausbildet, daß bei Betrieb derIn the case of designs of alternating current machines with a rotor and a stator, which each form at least one radially inner and / or radially outer space with one another, in particular transverse flux machines, in which devices for cooling the stator are provided, those which cannot be directly cooled are used according to the invention Areas of the rotor are cooled by means of a coolant / air mixture which is produced as a result of atomization. For this purpose, the AC machine, in particular the transverse flux machine, is partially filled in such a way that, at least in the installed position below the rotor axis, a coolant sump is formed in the mathematical sense when not in operation, such that when the
Wechsestrommaschiπe durch die Rotorrotation das Kühlmittel teilweise mitgerissen und zerstäubt wird und die zerstäubten Partikel in wenigstens einen der Zwischenräume und damit in den Bereich des Rotors gelangen. Vorzugsweise erfolgt die Befüllung derart, daß sich im radial äußeren auch als Luftspalt bezeichneten Zwischenraum in Einbaulage zwischen Rotor undAlternating current machine is partially entrained and atomized by the rotor rotation and the atomized particles reach at least one of the gaps and thus in the area of the rotor. The filling is preferably carried out in such a way that in the radially outer space, also referred to as an air gap, in the installed position between the rotor and
Stator betrachtet unterhalb der Rotorachse im mathematischen Sinn ein Kühlmittelsumpf ausbildet. Im Betrieb der Wechselstrommaschine wird das Kühlmittel durch die Rotorrotation mitgerissen und aufgrund der dadurch auf das Kühlmittel wirkenden Kräfte zerstäubt. Es entsteht im wesentlichen in Abhängigkeit von der Drehzahl der Rotorwelle und des Füllungsstandes einViewed in a mathematical sense, the stator forms a coolant sump below the rotor axis. During operation of the AC machine, the coolant is entrained by the rotor rotation and atomized due to the forces acting on the coolant. It mainly occurs depending on the speed of the rotor shaft and the filling level
Kühlmittel-Luftgemisch im Luftspalt zwischen Rotor- und Stator. Dieses übernimmt durch Wärmeströmung und Wärmeübergang den Wärmetransport von Rotor zum beispielsweise wassergekühlten Stator. Das Kühlmittel- Luftgemisch übernimmt im wesentlichen nur den Wärmetransport, weshalb keine zusätzlichen Einrichtungen zur Kühlung des Kühlmittels vorgesehen werden müssen und eine einmalige Teilbefüllung mit Kühlmittel, welches im Inneren der Wechselstrommaschine verbleibt, ausreicht.Coolant-air mixture in the air gap between the rotor and stator. Through heat flow and heat transfer, this takes over the heat transfer from the rotor to the water-cooled stator, for example. The coolant-air mixture essentially only takes on the heat transport, which is why no additional devices for cooling the coolant have to be provided and a one-time partial filling with coolant, which remains inside the AC machine, is sufficient.
Die Zwischenräume zwischen dem Rotor und dem Stator werden hinsichtlich ihrer radialen Lage ausgehend von der theoretischen Symmetrie- bzw. derThe spaces between the rotor and the stator are determined with regard to their radial position based on the theoretical symmetry or
Achse definiert, welche der Rotationsachse des Rotors entspricht.Axis defines which corresponds to the axis of rotation of the rotor.
Vorzugsweise wird als Kühlmittel mit geringer Viskosität, d.h. mit einer geringen inneren Reibung infolge von Kraftwirkungen zwischen den Molekülen verwendet, beispielsweise in Form von niederviskosen Öl. Die erfindungsgemäße Lösung bietet die Möglichkeit der Abfuhr von Wärme auch an den kritischen Bereichen, welche mittels konventionellen Kühlanordnungen bisher nur ungenügend gekühlt werden konnten. Gleichzeitig bietet die Verwendung von Öl zusätzlich die Möglichkeit des Korrossionsschutzes des Rotors.Preferably used as a coolant with low viscosity, ie with a low internal friction due to force effects between the molecules, for example in the form of low-viscosity oil. The solution according to the invention offers the possibility of dissipating heat even in the critical areas which could previously only be insufficiently cooled by means of conventional cooling arrangements. At the same time, the use of oil also offers the possibility of protecting the rotor against corrosion.
Vorzugsweise wird bei Wechselstrommaschiπen mit einem radial innen und einem radial außen angeordneten Zwischenraum zwischen Rotor und Stator eine Teilbefüllung gewählt, welche im Nichtbetrieb der Wechselstrommaschine einen Kühlmittelspiegel in einer Höhe ermöglicht, welche im Bereich des bzw. der bezogen auf die Rotorachse radial innen liegenden Zwischenräume zwischen Rotor und Stator liegt. Diese Zwischenräume werden auch als Luftspalten bezeichnet. Eine Befüllung mit einem höheren Kühlmittelspiegel ist ebenfalls denkbar.In AC machines with a radially inner and a radially outer space between the rotor and stator, partial filling is preferably selected, which, when the AC machine is not in operation, enables a coolant level at a height which is in the region of the space or spaces located radially on the inside in relation to the rotor axis The rotor and stator are located. These gaps are also called air gaps. Filling with a higher coolant level is also conceivable.
Die erfindungsgemäße Lösung ist bei Wechselstrommaschinen unterschiedlichsten Aufbaus anwendbar. Diese ist daher sowohl bei Wechselstrommaschinen, die nach dem Transversalflußprinzip, als auch bei Wechselstrommaschinen, die nach dem Drehfeldprinzip arbeiten, einsetzbar. Des weiteren ist die Anwendbarkeit unabhängig vom Aufbau und somit insbesondere bei Transversalflußmaschinen mit im wesentlichen symmetrischen Aufbau, d.h. mit einem Rotor mit sich beidseitig von einer zentralen Trägerscheibe in axialer Richtung erstreckenden Polstrukturen als auch bei Ausführungen mit nur einer Polstruktur einsetzbar. Auch müssen nicht unbedingt zwei in radialer Richtung übereinander angeordnete Luftspalte vorgesehen sein, einer genügt, d. h. entweder ein radial äußerer Luftspalt oder ein radial innerer Luftspalt. Entscheidend ist lediglich, daß der Kühlmittelspiegel wenigstens im Bereich des Rotors liegt, wobei der Rotor auch mit einem Teilbereich in Umfangsrichtung vollständig in den Kühlmittelsumpf eintauchen kann. Diese Möglichkeit kann als Maßnahme zur zusätzlichen Kühlung in Kombination mit herkömmlichen Kühlmaßnahmen bei jeder Art von Wechselstrommaschiπen eingesetzt werden. Bei Maschinen mit geringer Leistung ist dann bereits auch die Teilbefüllung in Kombination mit einer einfachen Statorkühlung ausreichend.The solution according to the invention can be used in AC machines of various designs. This can therefore be used both in AC machines that work on the transverse flux principle and in AC machines that work on the rotating field principle. Furthermore, the applicability can be used regardless of the structure and thus in particular in transverse flux machines with an essentially symmetrical structure, ie with a rotor with pole structures extending in the axial direction on both sides of a central carrier disk, and also in versions with only one pole structure. Also, two air gaps arranged one above the other in the radial direction need not necessarily be provided, one is sufficient, ie either a radially outer air gap or a radially inner air gap. The only decisive factor is that the coolant level is at least in the area of the rotor, and the rotor can also be completely immersed in the coolant sump with a partial area in the circumferential direction. This possibility can be used as a measure for additional cooling in combination with conventional cooling measures in any type of AC machine. In the case of machines with low output, partial filling in combination with simple stator cooling is sufficient.
Die Auswahl der geeigneten Kombinationen der erfindungsgemäßen Olnebelkühlung mit herkömmlichen Kühlanordnungen zur Statorkühlung liegt im Ermessen des Fachmannes und richtet sich nach dem konkreten Einsatzfall.The selection of the suitable combinations of the oil mist cooling according to the invention with conventional cooling arrangements for stator cooling is at the discretion of the person skilled in the art and depends on the specific application.
Die Kühlung des Stators kann auf unterschiedliche Art und Weise erfolgen, direkt oder indirekt mittels unterschiedlicher Kühlmedien. Im einfachsten Fall ist dieser an entsprechende Kühleinrichtungen angeschlossen oder es sind mit Kühlmittel befüllbare Kühlmittelkanäle im Statorgrund körper vorgesehen.The stator can be cooled in different ways, directly or indirectly using different cooling media. In the simplest case, this is connected to corresponding cooling devices or coolant channels which can be filled with coolant are provided in the stator main body.
Zusätzlich besteht jedoch die Möglichkeit, die erfindungsgemäße Kühlung des Rotors mit bereits bekannten Maßnahmen zur Kühlung des Rotors, insbesondere zur lokalen Kühlung von Rotorabschπitten zu kombinieren.In addition, however, it is possible to combine the cooling of the rotor according to the invention with already known measures for cooling the rotor, in particular for local cooling of rotor sections.
Nachfolgend sind einige Beispiele genannt:Here are some examples:
Beispielsweise ist es denkbar, im Stator in der Nähe der Trägerscheibe wenigstens einen Kühlkanal vorzusehen, welcher von einem Kühlfluid durchströmbar ist, wobei der Kühlkanal von der Trägerscheibe nur durch eine Kanalabdeckung minimaler Dicke und den Zwischenraum zwischen Rotor und Stator abgetrennt ist.For example, it is conceivable to provide in the stator in the vicinity of the carrier disk at least one cooling channel through which a cooling fluid can flow, the cooling channel being separated from the carrier disk only by a channel cover of minimal thickness and the space between the rotor and stator.
In einer speziellen Ausführungsform kann der Kühlkanal axial verlaufen und in eine Distanzscheibe eingebaut sein, welche zwischen einem Paar von Statorabschnitten angeordnet ist. Die Distanzscheibe ist symmetrisch in radialer Richtung gegenüberliegend zur Trägerscheibe angeordnet und gegenüber den Statorabschnitten thermisch isoliert. Die Distanzscheibe besteht vorzugsweise aus einem Material, welches magnetisch passiv ist. und eine gute Wärmeleitfähigkeit besitzt. Sie weist auf beiden Seiten des Kühlkanales im wesentlichen radial verlaufende breitflächige Hohlräume auf, welche eine thermischeIn a special embodiment, the cooling channel can extend axially and be installed in a spacer which is arranged between a pair of stator sections. The spacer is symmetrically opposite in the radial direction to the carrier disk arranged and thermally insulated from the stator sections. The spacer is preferably made of a material that is magnetically passive. and has good thermal conductivity. On both sides of the cooling channel, it has essentially radially extending, wide-area cavities which have a thermal
Isolierung gegenüber den benachbarten Bereichen des Stators bilden. Die Hohlräume können mit Luft oder anderen Isolationsmaterialen gefüllt sein.Form insulation from the neighboring areas of the stator. The cavities can be filled with air or other insulation materials.
Des weiteren kann der Kühlkanal im Grundkörper des Stators angeordnet sein.Furthermore, the cooling channel can be arranged in the base body of the stator.
Denkbar ist eine Ausführung , bei welcher die Trägerscheibe und die im Bereich der Kühlkanäle gegenüberliegenden Bereiche des Stators mit zueinander komplementären Verzahnungen zu versehen, die im wesentlichen parallel zueinander verlaufende Flächen aufweisen und durch einen Luftspalt voneinander getrennt sind.An embodiment is conceivable in which the carrier disk and the regions of the stator opposite in the area of the cooling channels are provided with mutually complementary toothings which have surfaces which run essentially parallel to one another and are separated from one another by an air gap.
Anstatt oder zusätzlich zu den vorstehend aufgeführten Beispielen ist die Bauform des Rotors derart modifiziert, daß der Rotor an derInstead of or in addition to the examples listed above, the design of the rotor is modified such that the rotor on the
Trägerscheibe befestigt mindestens eine Polstruktur aufweist, bei welcher die ringförmigen Anordnungen aus wechselweise magnetisierbaren Magneten und Weicheisenelementen durch einen Isolierriπg aus magnetisch passiven und elektrisch nicht leitendem Material verbunden sind. In diesen Isolierring sind in UmfangsrichtungCarrier disk attached has at least one pole structure, in which the annular arrangements of alternately magnetizable magnets and soft iron elements are connected by an insulating ring made of magnetically passive and electrically non-conductive material. In this insulating ring are in the circumferential direction
Speicherzellen eingearbeitet, welche mit Phasenübergangsmaterial gefüllt sind, dessen Schmelzpunkt unterhalb einer vorgegebenen Temperatur liegt.Memory cells are incorporated, which are filled with phase change material, the melting point of which is below a predetermined temperature.
Bezüglich weiterer möglicher Maßnahmen wird auf dieRegarding further possible measures, the
DE 43 35 848 A1 verwiesen, deren Offenbarungsgehalt für mögliche Kombinationen der erfindungsgemäßen Lösung mit bekannten Kühianordnungen voll umfänglich in diese Anmeldung mit einbezogen werden soll.DE 43 35 848 A1, whose disclosure content for possible Combinations of the solution according to the invention with known cooling arrangements are to be included in full in this application.
Vorrichtungsmäßig ist es lediglich erforderlich, der Wechselstrommaschine jeweils nur Mittel zur Realisierung der Teilbefüllung zuzuordnen. Die Teilbefüllung kann sich dabeiIn terms of device, it is only necessary to assign the AC machine only means for realizing the partial filling. The partial filling may change
1) allein nur auf die Zwischenräume zwischen Rotor und Stator bzw. Rotor und Statorgruπdkörper oder aber 2) generell auf das den im Statorgrundkörper gelagerten Stator umschließende Statorgehäuse oder 3) die Zwischenräume zwischen Rotor und Gehäuse beziehen.1) solely to the gaps between the rotor and stator or rotor and stator base body or 2) generally to the stator housing enclosing the stator mounted in the stator main body or 3) the gaps between the rotor and housing.
Die erstgenannte Möglichkeit wird dabei vor allem bei Ausführungen von Wechselstrommaschinen, insbesondere bei Transversalflußmaschinen bevorzugt, welche zusätzliche Kühleinrichtungen am Statorgrundkörper aufweisen.The first-mentioned possibility is preferred in particular in the case of designs of alternating current machines, in particular in the case of transverse flux machines, which have additional cooling devices on the stator main body.
Bei der zweiten Möglichkeit bildet sich bei Teilbefüllung ein Kühlmittelsumpf im Gehäuse in welchen der Statorgrundkörper eintaucht. Es sind dannIn the second possibility, a coolant sump forms in the housing in which the stator main body is immersed when partially filled. Then there are
Möglichkeiten vorzusehen, daß Kühlmittel vom Gehäuse in die Zwischenräume gelangen zu lassen. Denkbar sind hierzu beispielsweise Durchgangsöffnungen im Statorgrundkörper, die den Gehäuseinnenraum mit den Zwischenräumen verbinden.Possibilities to provide that coolant from the housing can get into the spaces. For this purpose, through openings in the stator base body are conceivable, for example, which connect the interior of the housing with the intermediate spaces.
Die einfachste Art der Realisierung der Teilfüllung besteht darin, den Kühlmitteisumpf derart auszubilden, daß der Stator in diesem Bereich vollständig eintaucht und somit auch der radial äußere Zwischenraum zwischen Stator und Rotor teilweise befüllt wird. In einer bevorzugten Ausführung erfolgt auch hier die Befüllung derart, daß auch der Rotor zumThe simplest way of realizing the partial filling is to design the coolant sump in such a way that the stator is completely immersed in this area and the radial outer space between the stator and the rotor is thus also partially filled. In a preferred embodiment, the filling is also carried out in such a way that the rotor for
Teil in den Kühlmittelsumpf eintaucht. Das teilweise Eintauchen des Rotors bietet den Vorteil, daß auch bei geringen Drehzahlen bereits ein entsprechender Kühleffekt erzielt werden kann, während bei Vorsehen des Kühlmittelsumpfspiegels in einem geringen Abstand zum Außenumfang des Rotors sich der Kühleffekt erst bei erhöhter Drehzahl einstellt.Immersed part in the coolant sump. The partial immersion of the rotor offers the advantage that a corresponding cooling effect can be achieved even at low speeds, while if the coolant sump level is provided at a short distance from the outer circumference of the rotor, the cooling effect only occurs at increased speed.
Taucht der Stator zum Teil wenigstens teilweise unterhalb der theoretischen Rotorachse in den Kühlmittelsumpf ein, wird dieser vorzugsweise mit entsprechenden Kanälen versehen, die im Zusammenwirken mit weiteren, im Rotor vorgesehenen Kanälen einen sogenannten inneren Kreislauf zusätzlich zur Flüssigkeitsnebelkühlung bilden. Die entsprechenden Kanäle sind dabei im Rotor vorzugsweise im unmittelbaren Bereich des Außenumfanges des Rotors angeordnet und erstrecken sich vorzugsweise in irgendeiner Form über die axiale Erstreckung des Rotors. Der innere Kreislauf bietet dabei den Vorteil, das Kühlmittel in axialer Richtung betrachtet von einer Seite zur anderen Stirnseite des Stators bzw. des Rotors zu führen und gleichzeitig zusätzlich durch den inneren Kreislauf eine zusätzliche Rotorkühlung zu ermöglichen.If the stator is partially immersed at least partially below the theoretical rotor axis in the coolant sump, this is preferably provided with corresponding channels which, in cooperation with other channels provided in the rotor, form a so-called internal circuit in addition to the liquid mist cooling. The corresponding channels are preferably arranged in the rotor in the immediate area of the outer circumference of the rotor and preferably extend in some form over the axial extent of the rotor. The inner circuit offers the advantage, viewed in the axial direction, of guiding the coolant from one side to the other end face of the stator or of the rotor and, at the same time, additionally enabling additional rotor cooling through the inner circuit.
Die erfindungsgemäße Lösung der Aufgabe wird nachfolgend anhand von Figuren erläutert.The achievement of the object according to the invention is explained below with reference to figures.
Es zeigen: Figur 1 einen Ausschnitt aus einer Schnittdarstellung einerFIG. 1 shows a section of a sectional illustration of a
Transversalflußmaschine mit erfindungsgemäßer Teilbefüllung; Figur 2-5 zusätzliche zur Kombination mit der Teilbefüllung geeignete Möglichkeiten zur Rotorkühlung,Transversal flux machine with partial filling according to the invention; FIG. 2-5 additional options for rotor cooling suitable for combination with partial filling,
Figur 6 eine vereinfachte Darstellung eines Axialschnittes einerFigure 6 is a simplified representation of an axial section of a
Drehstrom-Asynchronmaschine mit erfindungsgemäßerThree-phase asynchronous machine with the invention
Teilbefüllung.Partial filling.
Die Figur 1 verdeutlicht in einer Schnittdarstellung den Aufbau einerFigure 1 illustrates the structure of a in a sectional view
Wechselstrommaschine in Form einer Transversalflußmaschine 1 in Einbaulage. Diese umfaßt einen Rotor 2 und einen Stator 3. Der Rotor 2 umfaßt eine in einem Statorgehäuse 4 gelagerte Rotorwelle 5 mit einer darauf drehfest befestigten und sich im wesentlichen in radialer Richtung erstreckenden zentralen Trägerscheibe 6, an deren Stirnseiten beidseitig jeweils zur Rotordrehachse A koaxial angeordnete Polstrukturen - eine ersteAC machine in the form of a transverse flux machine 1 in Installation position. This comprises a rotor 2 and a stator 3. The rotor 2 comprises a rotor shaft 5, which is mounted in a stator housing 4 and has a central carrier disk 6, which is non-rotatably fastened thereon and extends essentially in the radial direction, on the end faces of which pole structures are arranged coaxially on both sides of the rotor axis of rotation A. - a first
Polstruktur 7 und eine zweite Polstruktur 8 vorgesehen sind. Jede Polstruktur 7 bzw. 8 umfaßt zwei in axialer Richtung nebeneinander angeordnete und jeweils durch eine Zwischenlage 9 bzw. 10 aus magnetisch und elektrisch nicht leitendem Material getrennte Reihen 11 und 12 bzw. 13 und 14 aus in Umfangsrichtung wechselweise magnetisierten Magneten mit dazwischenliegenden Weicheisenelementen 16. Stirnseitig ist im dargestellten Fall jeder Polstruktur 7 bzw. 8 ein Endring 17 bzw. 18 zugeordnet.Pole structure 7 and a second pole structure 8 are provided. Each pole structure 7 or 8 comprises two rows 11 and 12 or 13 and 14 of magnets alternately magnetized alternately in the circumferential direction with soft iron elements 16 arranged next to one another in the axial direction and each separated by an intermediate layer 9 or 10 made of magnetically and electrically non-conductive material. In the case shown, each pole structure 7 or 8 is assigned an end ring 17 or 18 on the end face.
Der Stator 3 weist einen Grundkörper 19 auf, in welchem in Umfangsrichtung verlaufende, radial äußere und radial innere Ankerwicklungen 21 bzw. 23 und 20 bzw. 22 untergebracht sind. Diese sind von axial verlaufenden Schnittbandkernen 24, 25 bzw. 26 und 27 umgeben. Die Ankerwicklungen 20 und 22 bilden mit den zugehörigen Schnittbandkernen 24 und 26 bezogen auf die Einbaulage in radialer Richtung jeweils einen inneren Statorteil 28 bzw. 29, die Ankerwicklungen 21 und 23 bilden mit den Schnittbandkernen 25 und 27 jeweils einen äußeren Statorteil 30 bzw. 31.The stator 3 has a base body 19, in which radially outer and radially inner armature windings 21 or 23 and 20 or 22 are accommodated which extend in the circumferential direction. These are surrounded by axially running cutting band cores 24, 25 or 26 and 27. The armature windings 20 and 22, together with the associated cutting band cores 24 and 26, each form an inner stator part 28 and 29 in relation to the installation position in the radial direction, the armature windings 21 and 23 each form an outer stator part 30 and 31 with the cutting band cores 25 and 27.
Der innere Durchmesser d, und der Außendurchmesser da des Rotors 2 ist derart zu den Abmessungen der Statorteile 28 und 29 bzw. 30 und 31 gewählt, daß zwischen Rotor und Stator auch als Luftspalt bezeichneteThe inner diameter d, and the outer diameter d a of the rotor 2 is selected for the dimensions of the stator parts 28 and 29 or 30 and 31 in such a way that between the rotor and the stator also referred to as the air gap
Zwischenräume ausgbildet sind. Ein erster Zwischenraum zwischen inneren Statorteil 28 und dem Rotor 2, ein zweiter Zwischenraum 33 zwischen innerem Statorteil 29 und ein dritter sowie vierter Zwischenraum 34 und 35 sind jeweils zwischen den äußeren Statorteilen 30 und 31 und dem Rotor 2 gebildet. Der Traπsversalflußmaschine sind hier im einzelnen nicht im Detail dargestellte Mittel zur Befüllung mit einem Betriebsmittel zugeordnet. Die Befüllung erfolgt wenigstens über einen Teil der in radialer Richtung äußeren Zwischenräume 34 und 35. Vorzugsweise wird jedoch ein Füllstand des Kühlmittelsumpfes im Nichtbetrieb wie in der Figur 1 dargestellt im Bereich der radialen Ausdehnung der inneren Zwischenraumes gewählt. Denkbar ist dabei, nur die Zwischenräume, d.h. den Bereich zwischen Rotor 2 und Gruπdkörper 19 zu befüllen. Es ist jedoch auch möglich, einen Teil des Grundkörpers 19 in einen Kühlmittelsumpf einzutauchen, wobei jeweils Verbindungen zu den Zwischenräumen geschaffen werden müssen. Dieser letztgenannte Fall bietet gleichzeitig die Möglichkeit einer vereinfachten Statorkühlung.Gaps are formed. A first space between the inner stator part 28 and the rotor 2, a second space 33 between the inner stator part 29 and a third and fourth space 34 and 35 are each formed between the outer stator parts 30 and 31 and the rotor 2. The traversal flow machine is assigned here means for filling with an operating medium which are not shown in detail. The filling takes place at least over a part of the outer spaces 34 and 35 in the radial direction. Preferably, however, a fill level of the coolant sump is selected in the region of the radial expansion of the inner space when not in use, as shown in FIG. It is conceivable to fill only the gaps, ie the area between the rotor 2 and the base body 19. However, it is also possible to immerse a part of the base body 19 in a coolant sump, connections to the interspaces having to be made in each case. This latter case also offers the possibility of simplified stator cooling.
Bei Inbetriebnahme der Wechselstrommaschine, insbesondere der Transversalflußmaschine wird das Kühlmittel durch die Rotorrotation mitgerissen und aufgrund der dadurch auf das Kühlmittel wirkenden Kräfte zerstäubt. Es entsteht im wesentlichen in Abhängigkeit von der Drehzahl der Rotorwelle und des Füllungsstandes ein Kühlmittel-Luftgemisch in den Zwischenräumen 32 bis 35 zwischen Rotor 2 und Stator 3. Dieses übernimmt durch Wärmeströmung und Wärmeübergang den Wärmetransport vomWhen the AC machine, in particular the transverse flux machine, is started up, the coolant is entrained by the rotor rotation and atomized on account of the forces acting on the coolant as a result. Basically, depending on the speed of the rotor shaft and the filling level, a coolant-air mixture is created in the spaces 32 to 35 between rotor 2 and stator 3. This takes over the heat transport from the heat flow and heat transfer
Rotor 2 zum beispielsweise wassergekühlten Stator. Das Kühlmittel- Luftgemisch übernimmt im wesentlichen nur den Wärmetransport, weshalb keine zusätzlichen Einrichtungen zur Kühlung des Kühlmittels vorgesehen werden müssen und eine einmalige Teilbefüllung mit Kühlmittel, welche im Inneren der Wechselstrommaschine verbleibt, ausreicht.Rotor 2 to the water-cooled stator, for example. The coolant-air mixture essentially only takes on the heat transport, which is why no additional devices for cooling the coolant have to be provided and a one-time partial filling with coolant, which remains inside the AC machine, is sufficient.
Zur direkten Kühlung des Stators 3 sind Kühlkanäle 37, 38, 39 und 40 vorgesehen, welche von einer Kühlflüssigkeit durchströmbar sind. Möglichkeiten zur zusätzlichen Kühlung des Rotors 2 sind in den Figuren 2 bis 5 beschrieben. Diese sind mit der erfindungsgemäßen Teilbefüllung kombinierbar. Für gleiche Elemente sind gleiche Bezugszeichen verwendet.For direct cooling of the stator 3, cooling channels 37, 38, 39 and 40 are provided, through which a cooling liquid can flow. Possibilities for additional cooling of the rotor 2 are described in FIGS. 2 to 5. These can be combined with the partial filling according to the invention. The same reference numerals are used for the same elements.
Figur 2 verdeutlicht eine Möglichkeit anhand einer Einzelheit aus Figur 1.FIG. 2 illustrates one possibility on the basis of a detail from FIG. 1.
Aus dieser Figur ist eine Distanzscheibe 42 ersichtlich, welche auf der radial außenliegenden Seite des Grundkörpers 19 zwischen den beiden Statorteilen 30 und 31 angeordnet und mit Vergußmasse 43 am Grundkörper 19 befestigt ist. Die Distanzscheibe 42 weist in deren radial innen liegenden Bereich einen breitflächig ausgeführten Kühlkanal 44 auf, welcher nur durch die Wand 45 einer Kanalabdeckung 45 vom gegenüberliegenden Bereich der Trägerscheibe 6 getrennt ist. Auf diese Weise kann über die gesamte axiale Breite der Distanzscheibe in Umfangsrichtung in diesem Bereich Wärme von der Trägerscheibe 6 entzogen werden, wobei die Trägerscheibe 6 vorzugsweise aus einemFrom this figure, a spacer 42 can be seen, which is arranged on the radially outer side of the base body 19 between the two stator parts 30 and 31 and is fastened to the base body 19 with casting compound 43. In its radially inner area, the spacer disk 42 has a wide-area cooling channel 44, which is separated from the opposite area of the carrier disk 6 only by the wall 45 of a channel cover 45. In this way, heat can be withdrawn from the carrier disk 6 in this area over the entire axial width of the spacer disk in the circumferential direction, the carrier disk 6 preferably consisting of one
Material mit sehr guter Wärmeleitfähigkeit besteht.Material with very good thermal conductivity.
Eine bevorzugte Ausgestaltung besteht im Vorsehen einer thermischen Isolierung 47 gegenüber den benachbarten Statorbereichen. Diese kann beispielsweise von einem Hohlraum gebildet werden.A preferred embodiment consists in providing thermal insulation 47 with respect to the adjacent stator regions. This can be formed, for example, by a cavity.
Alternativ oder zusätzlich zum Kühlkanal 44 gemäß Figur 2 besteht die Möglichkeit, einen radial verlaufenden breitflächig ausgebildeten Kühlkanal 46 vorzusehen, welcher einem entsprechenden Bereich der Trägerscheibe 6 des Rotors 2 gegenüber liegt. Hier befindet sich der Kühlkanal 46 in einemAs an alternative or in addition to the cooling channel 44 according to FIG. 2, there is the possibility of providing a radially extending, broad-area cooling channel 46 which is opposite a corresponding area of the carrier disk 6 of the rotor 2. Here the cooling channel 46 is in one
Bereich mit geringem Abstand zur Rotorwelle 5. Zusätzlich kann die Kühlwirkung dadurch unterstützt werden, daß an der Trägerscheibe 6 und dem Grundkörper 19 komplementäre ineinandergreifende Zähne 48 und 49 aufweisen, die einander berührungslos zugeordnet und jederzeit durch einen Luftspalt voneinander getrennt sind. Eine weitere spezielle Bauform eines Rotors 2 für eine Wechselstrommaschine ist in den Figuren 4 und 5 dargestellt.Area with a small distance to the rotor shaft 5. In addition, the cooling effect can be supported by the fact that on the carrier disk 6 and the base body 19 have complementary interlocking teeth 48 and 49, which are assigned to one another without contact and are separated from one another at all times by an air gap. Another special design of a rotor 2 for an AC machine is shown in FIGS. 4 and 5.
Figur 4 verdeutlicht einen Ausschnitt einer Schπittdarstellung durch einen Rotor 2. Dargestellt sind die Trägerscheibe 6 und die Polstruktur 8 mit den zwei durch eine Zwischenlage 9 voneinander getrennte, jedoch mechanisch miteinander verbundene Reihen 10 und 11. Die Zwischenlage 9 enthält, wie in der Figur 5 in einer Ansicht A entsprechend Figur 4 dargestellt, eine Vielzahl von über den Umfang verteilt angeordneten Speicherzellen 49. Diese Speicherzellen enthalten ein Phasenübergangsmaterial, dessen Schmelzpunkt bzw. Siedepunkt unterhalb einer vorgegebenen Temperatur liegt. In der Praxis wird diese vorgegebene Temperatur zweckmäßigerweise so gewählt, daß sie unterhalb der kritischen Temperatur der Permanentmagneten liegt, welche in die Polstrukturen eingebettet sind.FIG. 4 illustrates a section of a sectional view through a rotor 2. The carrier disk 6 and the pole structure 8 are shown with the two rows 10 and 11 separated from one another by an intermediate layer 9, but mechanically connected to one another. The intermediate layer 9 contains, as in FIG. 5 A view A corresponding to FIG. 4 shows a large number of memory cells 49 arranged distributed over the circumference. These memory cells contain a phase transition material whose melting point or boiling point is below a predetermined temperature. In practice, this predetermined temperature is expediently chosen so that it is below the critical temperature of the permanent magnets which are embedded in the pole structures.
Die Figur 6 verdeutlicht in schematisch vereinfachter Darstellung einen Axialschnitt durch eine Wechselstrommaschine in Form einer Drehstrom- Asynchronmaschine mit erfindungsgemäßer Teilbefüllung. Die Drehstrom- Asynchronmaschine umfaßt einen Stator 51 und einen Rotor 52, wobei der Stator 51 dem Rotor 52 in Umfangsrichtung wenigstens teilweise unterFIG. 6 illustrates in a schematically simplified representation an axial section through an AC machine in the form of a three-phase asynchronous machine with partial filling according to the invention. The three-phase asynchronous machine comprises a stator 51 and a rotor 52, the stator 51 being at least partially below the rotor 52 in the circumferential direction
Entstehung eines Zwischenraumes 53 umschließt. Der Stator 51 , welcher auch Primärteil genannt wird, umfaßt eine Drehstromwickluπg 54, während der Rotor 52 mit einer sogenannten Kurzschlußwicklung 55 versehen ist. Die Leistung wird mittels des im Stator erzeugten Drehfelds auf den asynchron rotierenden Rotor 52 übertragen. Stator 51 und Rotor 52 sind in einemFormation of a space 53 encloses. The stator 51, which is also called the primary part, comprises a three-phase winding 54, while the rotor 52 is provided with a so-called short-circuit winding 55. The power is transferred to the asynchronously rotating rotor 52 by means of the rotating field generated in the stator. Stator 51 and rotor 52 are in one
Gehäuse 56 angeordnet. In Einbaulage unterhalb der theoretischen Rotorachse ARtheoretlsch) welche gleichzeitig der Rotationsachse des Rotors entspricht, bildet sich durch Teilbefüllung im Nichtbetrieb ein Kühlmittelsumpf 57 aus. Der Kühlmittelsumpf 57 erstreckt sich dabei in axialer Richtung betrachtet von einem sogenannten vorderen Stirπraum 58 zu einem hinterenHousing 56 arranged. In the installed position below the theoretical rotor axis A Rtheoretlsch), which at the same time corresponds to the axis of rotation of the rotor, a coolant sump 57 is formed by partial filling when not in operation. The coolant sump 57 extends, viewed in the axial direction, from a so-called front end space 58 to a rear one
Stirnraum 59. Der Kühlmittelsumpfspiegel 60 im Nichtbetrieb ist vorzugsweise im Bereich des Außenumfanges 61 des Rotors vorgesehen, wobei vorzugsweise der Rotor 52 im Nichtbetrieb in den Kühlmittelsumpf 57 zum Teil eintaucht. Der Stator 51 ist ebenfalls in Einbaulage betrachtet unterhalb der Rotorachse ARtheoretisch von Kühlmittel umgeben und der Zwischenraum 53 unterhalb der theoretischen Rotorachse ARtheoretjsch ist ebenfalls über einen Teil in Umfangsrichtung mit Kühlmittel befüllt. Während des Betriebes der Asynchronmaschine, d. h. bei Rotation des Rotors 52 wird das Kühlmittel aus dem Kühlmittelsumpf 57 mitgerissen und im Zwischenraum 53 zerstäubt. Es bildet sich somit sowohl im Zwischenraum 53, als auch in den stirnseitigen Bereichen 58 und 59, welche durch die Stirnseiten von Rotor 52, Stator 51 und Gehäuse 56 gebildet werden, ein Flüssigkeitsnebel aus, welcher die Kühlfunktion, wie bereits für die Ausführung entsprechend der Figur 1 hinreichend beschrieben, erfüllt, aus. Des weiteren sind bei der vorliegenden Ausführung zusätzliche Kanäle im Rotor und im Stator vorgesehen, welche hier mit 62 und 63 bezeichnet sind. Die im Stator 51 angeordneten Kanäle 62 sind vorzugsweise im Bereich des Außenumfanges 64 des Stators 51 angeordnet. Diese erstrecken sich von jeweils einer Stirnseite zur gegenüberliegenden Stirnseite des Stators 51 in Einbaulage. Die Länge der Kanäle, ihre Auslegung sowie ihre Führung liegt im Ermessen des Fachmannes. Vorzugsweise wird jedoch eine Kanalführung angestrebt, welche eine minimale Länge zwischen den beiden Stirnseiten beschreibt. Im Stator 51 ist wenigstens ein Kanal 62 vorzusehen. Im Rotor 52 sind eine Vielzahl in Umfangsrichtung verteilt angeordnete Kanäle 63 vorgesehen. Vorzugsweise sind mehrere Kanäle 63 auf einem gemeinsamen Durchmesser bezogen auf die theoretische Rotorachse ARtheoretisch angeordnet. Auch dieseFront space 59. The coolant sump level 60 when not in operation is preferred provided in the area of the outer circumference 61 of the rotor, the rotor 52 preferably being partially immersed in the coolant sump 57 when not in operation. The stator 51 is also, viewed in the installed position, surrounded by coolant below the rotor axis A R theoretically and the space 53 below the theoretical rotor axis A R theoretically is also filled with coolant over a part in the circumferential direction. During the operation of the asynchronous machine, ie when the rotor 52 rotates, the coolant is entrained from the coolant sump 57 and atomized in the intermediate space 53. A liquid mist is thus formed both in the intermediate space 53 and in the end regions 58 and 59, which are formed by the end sides of the rotor 52, stator 51 and housing 56, which, as already for the embodiment according to FIG Figure 1 sufficiently described, fulfilled, from. Furthermore, in the present embodiment, additional channels are provided in the rotor and in the stator, which are denoted here by 62 and 63. The channels 62 arranged in the stator 51 are preferably arranged in the area of the outer circumference 64 of the stator 51. These extend from one end face to the opposite end face of the stator 51 in the installed position. The length of the channels, their design and their management are at the discretion of the specialist. However, a channel guide is preferably sought which describes a minimum length between the two end faces. At least one channel 62 is to be provided in the stator 51. A plurality of channels 63 arranged distributed in the circumferential direction are provided in the rotor 52. A plurality of channels 63 are preferably arranged on a common diameter in relation to the theoretical rotor axis A R theoretically. This too
Kanäle 63 erstrecken sich über die gesamte axiale Erstreckung des Rotors 52 zwischen den beiden Stirnseiten des Rotors. Auch hier liegt die Auslegung hinsichtlich Größe, Verlauf und Abstand zur theoretischen Rotorachse A Rt eoretisch im Ermessen des Fachmannes. Aufgrund der Rotorrotation bildet sich zwischen den Kanälen 62 und 63 in Abhängigkeit von der Drehrichtung des Rotors 52 ein sogenannter innerer Kreislauf aus, welcher Flüssigkeit aus dem Kühimittelsumpf 57 durch die Kanäle 52 im Stator 51 und die Kanäle 63 im Rotor 52 befördert und im Kreislauf führt. Dieser Effekt schafft eine zusätzliche Kühlmöglichkeit für den Rotor. Es besteht dabei die Möglichkeit, bei bereits erhältlichen Asynchronmaschinen, welche zum Zwecke der Kühlung entsprechende Bohrungen im Rotor und im Stator enthalten und diese zur Realisierung eines internen Luftkreislaufes nutzen, ohne Veränderung dieser Kanäle für den internen Kühlmittelkreislauf zu verwenden.Channels 63 extend over the entire axial extent of the rotor 52 between the two end faces of the rotor. Here too, the design, in terms of size, shape and distance from the theoretical rotor axis A rt eoret i sch, is at the discretion of the person skilled in the art. Due to the rotor rotation, a so-called inner circuit is formed between the channels 62 and 63, depending on the direction of rotation of the rotor 52, which liquid the coolant sump 57 is conveyed through the channels 52 in the stator 51 and the channels 63 in the rotor 52 and leads in the circuit. This effect creates an additional cooling option for the rotor. It is possible to use asynchronous machines which are already available and which contain corresponding bores in the rotor and stator for the purpose of cooling and which use these to implement an internal air circuit without changing these channels for the internal coolant circuit.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist hinsichtlich seiner Anwendbarkeit nicht auf eine bestimmte Funktionsweise der Wechselstrommaschine sowie einen bestimmten Aufbau beschränkt. Es ist lediglich sicherzustellen, daß im Bereich des Außenumfanges des Rotors ein Kühlmittelsumpf vorhanden ist, aus welchem aufgrund der Rotorrotation Kühlflüssigkeit bzw. Kühlmittel mitgerissen und somit zerstäubt wird. The method according to the invention is not limited in terms of its applicability to a specific mode of operation of the AC machine and a specific structure. It is only necessary to ensure that a coolant sump is present in the area of the outer circumference of the rotor, from which coolant or coolant is entrained due to the rotor rotation and thus atomized.

Claims

Ansprüche Expectations
1. Verfahren zur Kühlung einer Wechselstrommaschine mit einem Rotor und einem Stator, welche wenigstens jeweils einen radial inneren und/oder einen radial äußeren Zwischenraum miteinander bilden;1. A method for cooling an alternating current machine with a rotor and a stator, which each form at least one radially inner and / or one radially outer intermediate space;
1.1 bei welchem wenigstens ein Teilbereich des Stators gekühlt wird;1.1 in which at least a portion of the stator is cooled;
1.2 bei welchem die Wechselstrommaschine zusätzlich derart mit einem Kühlmittel teilweise befüllt wird, daß 1.2.1 sich im Nichtbetrieb in Einbaulage ein Kühlmittelsumpf bildet, dessen Spiegel sich wenigstens im Bereich des unterhalb der Symmetrieachse der Wechselstrommaschine liegenden äußeren Zwischenraumes zwischen Rotor und Stator oder Rotor einstellt und 1.2.2 bei Betrieb der Wechselstrommaschine durch die Rotorrotation das Kühlmittel im Zwischenraum zerstäubt wird.1.2 in which the AC machine is additionally partially filled with a coolant in such a way that 1.2.1 when not in use, a coolant sump forms in the installed position, the level of which settles at least in the area of the outer space between the rotor and the stator or rotor below the axis of symmetry of the AC machine, and 1.2.2 the coolant is atomized in the intermediate space during operation of the AC machine by the rotor rotation.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß der Spiegel des Kühlmittels sich im Bereich des radial inneren Zwischenraumes zwischen Rotor und Stator einstellt.2. The method according to claim 1, characterized in that the mirror of the coolant is set in the region of the radially inner space between the rotor and stator.
3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß lediglich der Zwischenraum zwischen einem, den Stator tragenden Grundkörper, dem Stator und dem Rotor befüllt wird.3. The method according to any one of claims 1 to 2, characterized in that only the space between a, the stator-carrying base body, the stator and the rotor is filled.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein, den Stator umschließendes Gehäuse, dessen Innenraum mit den zwischen Rotor und Stator gebildeten Zwischenräumen gekoppelt ist, befüllt und das Kühlmittel in den Zwischenraum zwischen Rotor- und Stator geleitet wird. 4. The method according to any one of claims 1 to 3, characterized in that a housing enclosing the stator, the interior of which is coupled to the spaces formed between the rotor and stator, is filled and the coolant is passed into the space between the rotor and stator.
5. Verfahren zur Kühlung einer Wechselstrommaschine mit einem, in einem Gehäuse angeordneten Rotor und Stator, wobei der Rotor mit dem Stator sowie der Rotor mit dem Gehäuse wenigstens jeweils einen Zwischenraum miteinander bilden; 5.1 bei welchem wenigstens ein Teilbereich des Stators gekühlt wird;5. A method for cooling an AC machine with a rotor and stator arranged in a housing, the rotor with the stator and the rotor with the housing each forming at least one intermediate space with one another; 5.1 in which at least a portion of the stator is cooled;
5.2 bei welchem die Wechselstrommaschine zusätzlich derart mit einem Kühlmittel teilweise befüllt wird, daß5.2 in which the alternating current machine is additionally partially filled with a coolant in such a way that
5.2.1 sich im Nichtbetrieb in Einbaulage ein Kühlmittelsumpf bildet, dessen Spiegel sich wenigstens im Bereich des unterhalb der Symmetrieachse der Wechselstrommaschine liegenden5.2.1 a coolant sump is formed in the non-operating position in the installed position, the mirror of which lies at least in the area of the area below the axis of symmetry of the AC machine
Zwischenraumes zwischen Rotor und Gehäuse einstellt undSpace between the rotor and housing adjusts and
5.2.2 bei Betrieb der Wechselstrommaschine durch die Rotorrotation das Kühlmittel im Zwischenraum zerstäubt wird.5.2.2 when the AC machine is operated, the coolant is atomized in the intermediate space by the rotor rotation.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß als Kühlflüssigkeit ein Öl mit geringer Viskosität verwendet wird.6. The method according to any one of claims 1 to 6, characterized in that an oil with a low viscosity is used as the cooling liquid.
7. Wechselstrommaschine, insbesondere Transversalflußmaschine 7.1 mit einem Rotor; 7.2 mit einem Stator;7. AC machine, in particular transverse flux machine 7.1 with a rotor; 7.2 with a stator;
7.3 mit wenigstens einer Kühleinrichtung, die dem Stator zugeordnet ist;7.3 with at least one cooling device which is assigned to the stator;
7.4 Rotor und Stator und/oder Rotor und Gehäuse bilden in radialer Richtung wenigstens jeweils einen inneren und einen äußeren Zwischenraum; gekennzeichnet durch das folgende Merkmal:7.4 rotor and stator and / or rotor and housing form at least one inner and one outer space in the radial direction; characterized by the following characteristic:
7.5 es sind Mittel zur Befüllung wenigstens eines Teilbereiches der Zwischenräume mit einem Kühlmittel vorgesehen.7.5 means are provided for filling at least a partial area of the intermediate spaces with a coolant.
8. Wechselstrommaschine nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zur Befüllung wenigstens eines Teilbereiches der8. AC machine according to claim 7, characterized in that the means for filling at least a portion of the
Zwischenräume zwischen Rotor und Stator und/oder Rotor und Gehäuse wenigstens einen in einen mit dem Stator gekoppelten Grundkörper und diesem vorgesehenen und wenigstens indirekt mit einer Kühlmittelversorgungseinrichtung koppelbaren Kanal umfassen.Gaps between rotor and stator and / or rotor and Housing at least one in a coupled to the stator body and this provided and at least indirectly coupled to a coolant supply device channel.
9. Wechselstrommaschine nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:9. AC machine according to claim 8, characterized by the following features:
9.1 mit einem, den Grundkörper umschließenden Gehäuse;9.1 with a housing enclosing the base body;
9.2 die Mittel zur Befüllung der Zwischenräume umfassen einen mit dem Innenraum des Gehäuses verbundenen und verschließbaren an eine Kühlmitteleinrichtung koppelbaren Zuführkanal;9.2 the means for filling the intermediate spaces comprise a feed channel connected to the interior of the housing and closable and connectable to a coolant device;
9.3 der Zuführkanal ist über den Iπnenraum des Gehäuses mit dem im Grundkörper vorgesehenen Kanal gekoppelt.9.3 the feed channel is coupled via the inner space of the housing to the channel provided in the base body.
10. Wechselstrommaschine nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die dem Stator zugeordnete Kühleinrichtung wenigstens einen mit einem Kühlmedium befüllbaren und im Grundkörper angeordneten Kanal umfaßt.10. AC machine according to one of claims 7 to 9, characterized in that the cooling device associated with the stator comprises at least one channel which can be filled with a cooling medium and is arranged in the base body.
11. Wechselstrommaschine nach einem der Ansprüche 7 bis 10, gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale:11. AC machine according to one of claims 7 to 10, characterized by the following features:
11.1 der Rotor umfaßt eine Trägerscheibe und wenigstens eine sich in axialer Richtung von der Trägerscheibe weg erstreckende und an dieser angeordnete Polstruktur;11.1 the rotor comprises a carrier disk and at least one pole structure which extends in the axial direction away from the carrier disk and is arranged thereon;
11.2 es ist wenigstens ein Kühlkanal im Grundkörper in der Nähe der Trägerscheibe vorgesehen, welcher von einem Kühlmedium durchströmbar ist;11.2 there is at least one cooling channel in the base body in the vicinity of the carrier disk, through which a cooling medium can flow;
11.3 jeder Kühlkanal ist von der Trägerscheibe nur durch eine Kanalabdeckung minimaler Dicke und den Zwischenraum zwischen Rotor und Stator getrennt. 11.3 each cooling channel is separated from the carrier disc only by a channel cover of minimal thickness and the space between the rotor and stator.
12. Wechselstrommaschine nach einem der Ansprüche 7 bis 11 , dadurch gekennzeichnet, daß die Trägerscheibe und die im Bereich der Kühlkanäle gegenüberliegenden Bereiche des Stators mit ineinandergreifenden komplementären durch einen Luftspalt voneinander getrennten Zähnen versehen sind.12. Alternating current machine according to one of claims 7 to 11, characterized in that the carrier disk and the areas of the stator opposite in the region of the cooling channels are provided with interlocking complementary teeth separated from one another by an air gap.
13. Wechselstrommaschine nach einem der Ansprüche 7 bis 12, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:13. AC machine according to one of claims 7 to 12, characterized by the following features:
13.1 jede Polstruktur umfaßt zwei nebeneinanderliegende, durch eine Zwischenlage aus magnetisch und elektrisch nicht leitenden Material13.1 each pole structure comprises two juxtaposed, through an intermediate layer of magnetically and electrically non-conductive material
(Zwischenring) getrennte Reihen aus in Umfangsrichtung wechselweise magnetisierten Magneten mit dazwischenliegenden Weicheisenelementen;(Intermediate ring) separate rows of magnets magnetized alternately in the circumferential direction with soft iron elements lying between them;
13.2 in die Zwischenlage sind in Umfangsrichtung verteilt Speicherzellen eingearbeitet, welche mit einem Phasenübergangsmaterial gefüllt sind. 13.2 memory cells are incorporated into the intermediate layer, distributed in the circumferential direction, which are filled with a phase change material.
EP97953731A 1996-12-06 1997-12-02 Method for cooling an alternating current motor, notably a transverse flux motor and alternating current motor, in particular a transverse flux motor Withdrawn EP0882322A1 (en)

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DE10145447A1 (en) * 2001-09-14 2003-04-03 Voith Turbo Kg Method for cooling a synchronous machine with transverse flow guidance and synchronous machine with transverse flow guidance
DE102008001618A1 (en) * 2008-05-07 2009-11-12 Robert Bosch Gmbh Electric machine with a cooling device

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3913346A (en) * 1974-05-30 1975-10-21 Dunham Bush Inc Liquid refrigerant injection system for hermetic electric motor driven helical screw compressor
FR2622064A1 (en) * 1987-10-16 1989-04-21 Normandie Moteurs Electr Electric machine with cooling by liquid fluid
DE4335848C2 (en) * 1993-10-20 1996-07-11 Voith Gmbh J M Cooling arrangement for a transverse flux machine

Non-Patent Citations (1)

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