EP2939331A2 - Elektrische maschine mit ständerdirektkühlung - Google Patents

Elektrische maschine mit ständerdirektkühlung

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Publication number
EP2939331A2
EP2939331A2 EP14706486.9A EP14706486A EP2939331A2 EP 2939331 A2 EP2939331 A2 EP 2939331A2 EP 14706486 A EP14706486 A EP 14706486A EP 2939331 A2 EP2939331 A2 EP 2939331A2
Authority
EP
European Patent Office
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electromechanical transducer
shaft
stator
cooling
rotor
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP14706486.9A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Olaf KÖRNER
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Rolls Royce Deutschland Ltd and Co KG
Original Assignee
Siemens AG
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Filing date
Publication date
Application filed by Siemens AG filed Critical Siemens AG
Publication of EP2939331A2 publication Critical patent/EP2939331A2/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K1/00—Details of the magnetic circuit
    • H02K1/06—Details of the magnetic circuit characterised by the shape, form or construction
    • H02K1/22—Rotating parts of the magnetic circuit
    • H02K1/32—Rotating parts of the magnetic circuit with channels or ducts for flow of cooling medium
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K16/00—Machines with more than one rotor or stator
    • H02K16/02—Machines with one stator and two or more rotors
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K7/00—Arrangements for handling mechanical energy structurally associated with dynamo-electric machines, e.g. structural association with mechanical driving motors or auxiliary dynamo-electric machines
    • H02K7/08—Structural association with bearings
    • 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
    • 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
    • H02K9/197—Arrangements for cooling or ventilating for machines with closed casing and closed-circuit cooling using a liquid cooling medium, e.g. oil in which the rotor or stator space is fluid-tight, e.g. to provide for different cooling media for rotor and stator
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K3/00—Details of windings
    • H02K3/04—Windings characterised by the conductor shape, form or construction, e.g. with bar conductors
    • H02K3/24—Windings characterised by the conductor shape, form or construction, e.g. with bar conductors with channels or ducts for cooling medium between the conductors

Definitions

  • the invention relates to an electromechanical transducer with a stator direct cooling.
  • Electromechanical transducers are be ⁇ known for quite some time. In the course of the shortage of fossil fuels, which are used to drive different vehicles, electromechanical transducers have found a large application in this area. Due to their robustness, their simple construction and high efficiency, electrome ⁇ chanic converters are nowadays also in vehicles - Hybridfahr ⁇ witness - or built aircraft. Depending on requirements, the electromechanical transducers are used as generators or motors. Especially in vehicles with electric drive or partially electric drive - hybrid vehicles - they are used both as a vehicle drive as well as a generator - for recuperation of electrical energy, for example when braking a vehicle.
  • electromechanical transducers In order to minimize the consumption of the energy of the vehicles, it is endeavored to design electromechanical transducers which have the highest possible efficiency. For this purpose, the power losses during operation of the electromechanical converter must be minimized.
  • Highly utilized electromechanical converters such as a PM machine with a tooth coil winding, require high current densities to achieve high torque and power densities.
  • the copper losses increase quadratically with the assumed torque.
  • an electromechanical transducer having at least one arranged on a shaft rotor, which is arranged in a sealed stator, the laminated core and winding are surrounded with an insulating cooling fluid, wherein the cooling fluid via radially to the shaft in the stator ⁇ center arranged first Cooling channels can be introduced and via second cooling channels in the winding head region at each axial end of the stator radially to the shaft is deflected or vice versa.
  • the electromechanical transducer is mounted in a support structure, a wall of at least one is used in the stand center is ⁇ associated with the first cooling channels to a storage of the electromechanical transducer to the surrounding support structure. This space is conserved while avoiding Moegli ⁇ che vibrations by a stable structure of the electromechanical converter ⁇ Africa.
  • the rotor is designed to be split on the shaft. Characterized in ⁇ radially geför center of the rotor cooling air can be changed particularly easily, which then flows through an air gap of the machine axially in both directions.
  • a gleichmä ⁇ ssige cooling of the rotor is possible.
  • a wall of at least one of the first cooling channels arranged in the middle of the stator is used to mount the shaft of the rotor on the stator. In this way it is mög ⁇ Lich to support the rotor relative to the stator in addition. This allows a stable construction of the electromechanical transducer.
  • the radial first and / or second cooling channels are made of fiber composite materials. Fiber composites are particularly light and at the same time very resistant.
  • the first and second cooling channels are made of non-magnetic and / or electrically conductive materials. Such materials minimize the power loss caused by electromagnetic influences.
  • the rotor In order to effectively cool the rotor of the electromechanical transducer 1, the rotor has parallel and / or radially running to the shaft cooling channels. Through these cooling channels air can be passed through for cooling.
  • the shaft of the electromechanical transducer is formed in an expedient embodiment as a drive shaft connected to an internal combustion engine.
  • FIG. 1 shows a quarter circular sector of a longitudinal section through an electromechanical transducer according to an embodiment of the invention
  • FIG. 2 shows a half cross section through an electromechanical ⁇ African converter according to an embodiment of the invention.
  • FIG. 1 shows a quarter section of a longitudinal section of the rotationally symmetrical electromechanical transducer 1 in parallel through its shaft 2.
  • FIG. 2 shows a half section of the cross section of the rotationally symmetrical electromechanical transducer 1 perpendicular to a shaft 2.
  • the broad arrows in FIG. 1 and FIG a course of an insulating cooling fluid 12 through a stator 6 and narrow arrows indicate a possible course of a cooling gas, generally air, through a rotor 4 of the electromechanical transducer 1.
  • the same reference numbers are used to designate the same elements in the respective figures.
  • FIG 1 a stand 6 is shown, which is mounted in a support structure 18 of the electromechanical transducer 1 - for example, a housing of the electromechanical transducer 1.
  • the support structure 18 is indicated in FIG 1 only as a concentric outer circle. Because of the high electrical power losses occurring in the stator 6, considerable heating of the stator 6 occurs. Hysteresis losses and eddy current losses in laminated cores 8 as well as resistance losses through windings 10 essentially contribute to this. Since the resulting temperatures can rise so high that it can lead to the destruction of the insulation and thus the entire stator 6, a cooling of the stator is essential. In addition, cooling automatically also reduces the power loss of the electro-mechanical converter 1.
  • the cooling fluid 12 is an insulating fluid. This not only a di ⁇ rect and intense cooling of the stator 6 is made possible, son ⁇ countries also reached a high reliability of a winding insulation against errors - not shown here.
  • a particular advantage is the fact that a winding circuit can be avoided with PM machines. Furthermore, a main insulation can be reduced or completely eliminated; except at locations where sub-conductor of the winding 10 abut an electrically conductive laminated core 8.
  • the insulating cooling fluid 12 is introduced on both sides in the winding head region at each axial end of the stator 6 radially to the shaft 2, wherein it flows through the winding 10 and is guided along the winding 10 and it cools down, in order subsequently to be discharged again in a stator center through a radial, circulating cooling channel 14.
  • the flow direction takes place in the opposite direction.
  • cooling channels 34 for air within the stator 6 can be provided, which run parallel to the shaft 2.
  • a rotor 4 is shown in FIG 2, which has a shaft 2, on which via ribs 24, an active part 26 of the rotor 4 is arranged.
  • the rotor 4 is designed in two parts, so that in the rotor center cooling air can be promoted radially to the shaft 2, which is the rotor 4 via parallel to the shaft 2 extending cooling channels 22 is supplied.
  • the air can then escape axially in both Richtun ⁇ gene.
  • the ribs 24 of the rotor 4 are so ge ⁇ staltet that they achieve a radial fan effect.
  • a power electronics 32 of the electromechanical converter 1 can optionally also be cooled by the insulating cooling fluid 12 is also passed to the power electronics 32 past or the power electronics 32 - which is located in an extra housing - itself lapped.
  • a wall of the radial central cooling channel 14 can also be designed for mounting 20 of the shaft 2 of the rotor 6, and since ⁇ are used by the support 6 for supporting the shaft 2 of the rotor 4.
  • the electromechanical transducer 1 can be stably constructed and is capable of receiving high torques.
  • a Läuferannon release space which can optionally be used for space and weight-saving arrangement of the above-mentioned storage 20.
  • the embodiment of the electromechanical transducer 1 shown in FIG 1 and FIG 2 can also be mounted as a bearingless generator directly to an internal combustion engine who ⁇ .
  • a stator housing-supporting structure 18- can be fastened directly to a flywheel housing of the internal combustion engine.
  • the rotor 4 is mounted directly on a flywheel / crankshaft of the Verbrennungskraftma ⁇ machine - not shown here.
  • electromechanical transducers are particularly suitable for vehicles or aircraft, if they are designed for a Maximalleis ⁇ tion up to 1 MW. This makes it possible to provide a compact and robust electromechanical transducer 1, which is suitable due to its lightweight construction with high torque density for use, for example, in aircraft or other vehicles in which lightweight, compact and thus high-performance machines are in demand.
  • the intensive and direct cooling by means of the insulating Cooling fluid 12 also provides an increased effect ⁇ degree safe.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Motor Or Generator Cooling System (AREA)
  • Iron Core Of Rotating Electric Machines (AREA)

Abstract

Elektrische Maschine mit Ständerdirektkühlung Die Erfindung betrifft einen Elektromechanischen Wandler (1) mit zumindest einem auf einer Welle (2) angeordneten Läufer (4), der in einem gekapselten (30) Ständer (6) angeordnet ist, dessen Blechpaket (8) und Wicklung (10) mit einem iso- lierenden Kühlfluid (12) umgeben sind, wobei das Kühlfluid (12) über radial zur Welle (2) in Ständermitte angeordnete erste Kühlkanäle (14) einleitbar und über zweite Kühlkanäle (16) im Wickelkopfbereich an jedem axialen Ende des Ständers (6) radial zur Welle (2) ausleitbar ist oder umgekehrt. Dadurch ist es möglich einen kompakten und robusten elektro- mechanischen Wandler 1 vorzusehen, der aufgrund seiner Leichtbauausführung mit hoher Drehmomentdichte für den Ein- satz zum Beispiel in Luftfahrzeugen oder anderen Fahrzeugen geeignet ist.

Description

Beschreibung
Elektrische Maschine mit Ständerdirektkühlung
Die Erfindung betrifft einen elektromechanischen Wandler mit einer Ständer-Direktkühlung.
Elektromechanische Wandler sind schon seit längerer Zeit be¬ kannt. Im Zuge der Verknappung fossiler Brennstoffe, die zum Antrieb von unterschiedlichen Fahrzeugen verwendet werden, haben elektromechanische Wandler auch in diesem Bereich eine große Anwendung gefunden. Aufgrund ihrer Robustheit, ihres einfachen Aufbaus und hohen Wirkungsgrades, werden elektrome¬ chanische Wandler heutzutage auch in Fahrzeuge - Hybridfahr¬ zeuge - oder Flugzeuge eingebaut. Je nach Bedarf werden die elektromechanischen Wandler als Generatoren oder Motoren verwendet. Vor allem bei Fahrzeugen mit elektrischem Antrieb oder aber teilweise elektrischem Antrieb - Hybridfahrzeugen - finden sie sowohl als Fahrzeugantrieb Verwendung als auch als Generator - zum Rekuperieren von elektrischer Energie, beispielsweise beim Bremsen eines Fahrzeugs.
Um den Verbrauch der Energie der Fahrzeuge zu minimieren, ist man bestrebt, elektromechanische Wandler zu konzipieren, die einen möglichst hohen Wirkungsgrad aufweisen. Dazu müssen die Verlustleistungen beim Betrieb des elektromechanischen Wandlers minimiert werden. Bei hoch ausgenutzten elektromechanischen Wandlern, beispielsweise bei einer PM-Maschine mit Zahnspulenwicklung, werden hohe Stromdichten benötigt um hohe Drehmoment- und Leistungsdichten zu erreichen. Dabei fallen Kupferverluste durch den Ankerstrombelag für den Drehmoment bildenden Strom an, Wirbelstromverluste und Ummagnetisie- rungsverluste in geblechten Eisenpaketen des elektromechanischen Wandlers sowie Zusatzverluste aufgrund von Reibung, Strömungsverlusten im Motor, usw. an. Insbesondere die Kupferverluste steigen quadratisch mit dem angenommenen Drehmoment an. Dabei führen diese Verluste zu hohen Erwärmungen des elektromechanischen Wandlers, die wiederum höhere Verluste bedingen und darüber hinaus zur Zerstörung des elektromechanischen Wandlers führen können.
Um die Verlustleistungen des elektromechanischen Wandlers zu minimieren werden heutzutage unterschiedliche Kühlkonzepte verfolgt. Bei kleinen elektromechanischen Wandlern kommen Luftkühlungen zum Einsatz, während bei großen elektromechanischen Wandlern Kühlungen mittels eines Kühlfluids erfolgen.
Bei hoch ausgenutzten elektromechanischen Wandlern fallen hohe Verlustleistungen an, die zu einer starken Erhitzung des elektromechanischen Wandlers führen. Um die auftretenden Temperaturen abführen zu können, sind Kühlsysteme mit Kühlfluida notwendig. Um eine intensive direkte Kühlung eines Ständers eines hoch ausgenutzten elektromechanischen Wandlers zu ermöglichen, wird beispielsweise ein Kühlmittel an einem Ende eines Wickelkopfbereichs des elektromechanischen Wandlers zu¬ geführt und an einem anderen Ende des Wickelkopfbereichs des elektromechanischen Wandlers abgeführt. Das aufgeheizte Kühl- fluid wird anschließend wieder abgekühlt und dem elektrome¬ chanischen Wandler erneut zugeführt. Ein Beispiel einer sol¬ chen Kühlvorrichtung findet sich beispielsweise bei einem bekannten Schwungmassenspeicher von „Williams Hybrid Power".
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung einen elektromechanischen Wandler mit einer Kühlanordnung vorzusehen, die eine gleichmäßige Kühlung bei einer kompakten Bauweise des elekt¬ romechanischen Wandlers und Steigerung des Wirkungsgrades so¬ wie der Leistungs- bzw. Drehmomentdichte erlaubt.
Diese Aufgabe wird mit einem elektromechanischen Wandler mit zumindest einem auf einer Welle angeordneten Läufer, der in einem gekapselten Ständer angeordnet ist, dessen Blechpaket und Wicklung mit einem isolierenden Kühlfluid umgeben sind, gelöst, wobei das Kühlfluid über radial zur Welle in Ständer¬ mitte angeordnete erste Kühlkanäle einleitbar und über zweite Kühlkanäle im Wickelkopfbereich an jedem axialen Ende des Ständers radial zur Welle ausleitbar ist oder umgekehrt. Eine solche Konstruktion erlaubt eine direkte und intensive Küh¬ lung des elektromechanischen Wandlers. Durch die Kühlung wird gleichzeitig die Verlustleistung minimiert Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der elektromechanische Wandler in einer Tragstruktur gelagert, wobei eine Wandung zumindest eines in der Ständermitte ange¬ ordneten der ersten Kühlkanäle zu einer Lagerung des elektromechanischen Wandlers an der umliegenden Tragstruktur genutzt ist. Dadurch wird Bauraum eingespart und gleichzeitig mögli¬ che Vibrationen durch eine stabile Struktur des elektromecha¬ nischen Wandlers vermieden.
Bei einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfin- dung ist der Läufer auf der Welle geteilt ausgeführt. Dadurch kann besonders einfach in Rotormitte Kühlluft radial geför¬ dert werden, die einen Luftspalt der Maschine dann axial in beiden Richtungen durchströmt. Zusätzlich wird eine gleichmä¬ ßige Kühlung des Läufers ermöglicht. Darüber hinaus kann durch die Läuferteilung ein freiwerdender Bauraum zudem optional zur platz- und gewichtssparenden Anordnung einer Lagerung verwendet werden - vorzugsweise einer Los-Lagerung.
Bei einer weiteren zweckmäßigen Ausführungsform der Erfindung wird eine Wandung zumindest eines der in der Ständermitte an¬ geordneten ersten Kühlkanäle zu einer Lagerung der Welle des Läufers an dem Ständer genutzt. Auf diese Weise ist es mög¬ lich, den Läufer gegen den Ständer zusätzlich abzustützen. Sies erlaubt eine stabile Bauweise des elektromechanischen Wandlers .
Um das Gewicht des elektromechanischen Wandlers möglichst ge¬ ring zu halten, sind die radialen ersten und/oder zweiten Kühlkanäle aus Faserverbundwerkstoffen hergestellt. Faserver- bundwerkstoffe sind besonders leicht und gleichzeitig sehr widerstandsfähig . Vorzugsweise sind die ersten und zweiten Kühlkanäle aus nicht magnetisch und/oder elektrisch leitenden Werkstoffen hergestellt. Solche Werkstoffe minimieren die Verlustleistung, die durch elektromagnetische Einflüsse bedingt werden.
Um den Läufer des elektromechanischen Wandlers 1 effektiv kühlen zu können, weist der Läufer parallel und/oder radial zur Welle laufende Kühlkanäle auf. Durch diese Kühlkanäle kann Luft zum Kühlen durchgeleitet werden.
Es ist besonders zweckmäßig solche elektromechanische Wandler für eine Maximalleistung von bis zu 1 MW zu konzipieren. Dadurch können die Abmessungen klein gehalten werden, beziehungsweise der Bauraum in einem Fahrzeug oder einem Flugzeug optimal ausgenutzt werden.
Um Bauraum zu sparen, ist die Welle des elektromechanischen Wandlers in einer zweckmäßigen Ausführungsform als eine mit einem Verbrennungsmotor verbundene Antriebswelle ausgebildet.
Im Folgenden werden die Erfindung und beispielhafte Ausführungsformen anhand einer Zeichnung näher erläutert. Es zeigen : FIG 1 einen viertel Kreissektor eines Längsschnitts durch einen elektromechanischen Wandler gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
FIG 2 einen halben Querschnitt durch einen elektromecha¬ nischen Wandler gemäß einer Ausführungsform der Er- findung.
Die FIG 1 stellt einen Viertelschnitt eines Längsschnitts des rotationssymmetrischen elektromechanischen Wandlers 1 parallel durch seine Welle 2 dar. FIG 2 zeigt einen Halbschnitt des Querschnitts des rotationssymmetrischen elektromechanischen Wandlers 1 senkrecht zu einer Welle 2. Dabei stellen die breiten Pfeile in der FIG 1 und FIG 2 einen Verlauf eines isolierenden Kühlfluids 12 durch einen Ständer 6 dar und schmale Pfeile einen möglichen Verlauf eines kühlenden Gases, im Allgemeinen Luft, durch einen Läufer 4 des elektromechani- schen Wandlers 1. Zur Bezeichnung gleicher Elemente in den jeweiligen Figuren werden gleiche Bezugszeichen verwendet.
In der FIG 1 wird ein Ständer 6 dargestellt, der in einer Tragstruktur 18 des elektromechanischen Wandlers 1 gelagert ist - beispielsweise einem Gehäuse des elektromechanischen Wandlers 1. Die Tragstruktur 18 ist in der FIG 1 lediglich als konzentrischer äußerer Kreis angedeutet. Wegen der in dem Ständer 6 anfallenden hohen elektrischen Verlustleistungen kommt es zu einer erheblichen Erwärmung des Ständers 6. Dazu tragen im Wesentlichen Hystereseverluste und Wirbelstromverluste in Blechpaketen 8 sowie Widerstandsverluste durch Wick- lungen 10 bei. Da die dadurch auftretenden Temperaturen derart hoch ansteigen können, dass es zu einer Zerstörung der Isolation und somit des gesamten Ständers 6 kommen kann, ist eine Kühlung des Ständers unerlässlich . Darüber hinaus, setzt eine Kühlung automatisch auch die Verlustleistung des elekt- romechanischen Wandlers 1 herab.
In der dargestellten Ausführungsform wird eine besonders vorteilhafte Anordnung und Führung eines Kühlfluids 12 - breite Pfeile - dargestellt. Zweckmäßigerweise ist das Kühlfluid 12 eine isolierende Flüssigkeit. Dadurch wird nicht nur eine di¬ rekte und intensive Kühlung des Ständers 6 ermöglicht, son¬ dern auch eine hohe Zuverlässigkeit einer Wicklungsisolation gegen Fehler erreicht - hier nicht gezeigt. Ein besonderer Vorteil liegt darin, dass bei PM-Maschinen ein Wicklungs- schluss vermieden werden kann. Des Weiteren kann eine Hauptisolation reduziert werden oder vollständig entfallen; außer an Stellen, wo Teilleiter der Wicklung 10 an einem elektrisch leitfähigen Blechpaket 8 anliegen. Vorzugsweise wird das isolierende Kühlfluid 12 beidseitig im Wickelkopfbereich an jedem axialen Ende des Ständers 6 radial zur Welle 2 eingeleitet, wobei es die Wicklung 10 durchströmt beziehungsweise an der Wicklung 10 entlang geführt wird und diese abkühlt, um anschließend in einer Ständermitte durch einen radialen, umlaufenden Kühlkanal 14 wieder ausgeleitet zu werden. In einer weiteren Ausführungsform der Erfindungsform der Erfindung erfolgt die Strömungsrichtung in entgegen gesetzter Richtung. Der besondere Vorteil einer solchen Anordnung liegt darin, dass ein Aktivteil 26 des Ständers 6 - die Wicklung 10 - gleichmäßiger gekühlt wird als im Vergleich zu herkömmlichen Kühlfluidführungen - die von einem Wickelkopfbereich an einem axialen Ende des Ständers 6 zum anderen Wickelkopfbereich an dem gegenüber liegenden axialen Ende des Ständers 6 geleitet wird.
Damit das isolierende Kühlfluid 12 des Ständers 6 nicht in Kontakt mit dem darin angeordneten Läufer gerät, muss dieser gekapselt 30 ausgeführt werden.
Zur weiteren Optimierung der Kühlwirkung des elektromechani- schen Wandlers können in einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform Kühlkanäle 34 für Luft innerhalb des Ständers 6 vorgesehen werden, die parallel zur Welle 2 verlaufen.
Mit Berücksichtigung der Bezugszeichen aus FIG 1 wird in der FIG 2 ein Läufer 4 dargestellt, der eine Welle 2 aufweist, auf der über Rippen 24 ein Aktivteil 26 des Läufers 4 ange- ordnet ist. Der Läufer 4 ist zweigeteilt ausgeführt, damit in Läufermitte Kühlluft radial zur Welle 2 gefördert werden kann, die dem Läufer 4 über parallel zur Welle 2 verlaufende Kühlkanäle 22 zugeführt wird. Durch einen Luftspalt 28 des elektromechanischen Wandlers 1 zwischen dem Läufer 4 und dem Ständer 6 kann die Luft anschließend axial in beiden Richtun¬ gen entweichen. Dadurch wird eine für den Läufer 4 ausreichende Kühlung erreicht. Zur Verbesserung der Kühlleistung des Läufers 4 werden die Rippen 24 des Läufers 4 derart ge¬ staltet, dass sie eine Radiallüfterwirkung erzielen.
Bei der in der FIG 2 dargestellten Ausführungsform lässt sich optional auch eine Leistungselektronik 32 des elektromechanischen Wandlers 1 kühlen, indem das isolierende Kühlfluid 12 auch an der Leistungselektronik 32 vorbei geleitet wird oder die Leistungselektronik 32 - die sich in einem extra Gehäuse befindet - selbst umspült. In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann eine Wandung des radialen zentralen Kühlkanals 14 auch zur Lagerung 20 der Welle 2 des Läufers 6 ausgeführt werden, und da¬ durch zur Abstützung der Welle 2 des Läufers 4 gegen den Ständer 6 genutzt werden. Dadurch kann der elektromechanische Wandler 1 stabil konstruiert werden und ist in der Lage hohe Drehmomente aufzunehmen.
Zum einen kann eine Läuferteilung Bauraum freigeben, was optional zur platz- und gewichtssparenden Anordnung der oben erwähnten Lagerung 20 verwendet werden kann.
Auf diese Weise wird eine Aufhängung/Drehmomentabstützung mit radialen Kühlkanal 14 kombiniert. Die in der FIG 1 und FIG 2 dargestellte Ausführungsform des elektromechanischen Wandlers 1 kann auch als lagerloser Generator direkt an eine Verbrennungskraftmaschine angebaut wer¬ den. So kann beispielsweise ein Ständergehäuse - Tragstruktur 18 - direkt an ein Schwungradgehäuse der Verbrennungskraftma- schine befestigt werden. Dabei wird der Läufer 4 direkt auf einem Schwungrad/einer Kurbelwelle der Verbrennungskraftma¬ schine gelagert - hier nicht gezeigt.
Solche elektromechanischen Wandler eignen sich insbesondere für Fahrzeuge oder Flugzeuge, wenn sie für eine Maximalleis¬ tung bis zu 1 MW ausgelegt werden. Dadurch ist es möglich einen kompakten und robusten elektromechanischen Wandler 1 vorzusehen, der aufgrund seiner Leichtbauausführung mit hoher Drehmomentdichte für den Einsatz zum Beispiel in Luftfahrzeu- gen oder anderen Fahrzeugen geeignet ist, in denen leichte, kompakte und somit leistungsdichte Maschinen gefragt sind. Die intensive und direkte Kühlung mittels des isolierenden Kühlfluids 12 stellt darüber hinaus einen erhöhten Wirkungs¬ grad sicher.

Claims

Patentansprüche
1. Elektromechanischer Wandler (1) mit zumindest einem auf einer Welle (2) angeordneten Läufer (4), der in einem gekap- selten (30) Ständer (6) angeordnet ist, dessen Blechpaket (8) und Wicklung (10) mit einem isolierenden Kühlfluid (12) umgeben sind, wobei das Kühlfluid (12) über radial zur Welle (2) in Ständermitte angeordnete erste Kühlkanäle (14) einleitbar und über zweite Kühlkanäle (16) im Wickelkopfbereich an jedem axialen Ende des Ständers (6) radial zur Welle (2) ausleitbar ist oder umgekehrt.
2. Elektromechanischer Wandler (1) nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der elektrome- chanische Wandler in einer Tragstruktur (18) gelagert ist, wobei eine Wandung zumindest eines in der Ständermitte ange¬ ordneten der ersten Kühlkanäle (14) zu einer Lagerung (20) des elektromechanischen Wandlers an der umliegenden Tragstruktur (18) genutzt ist.
3. Elektromechanischer Wandler (1) nach Anspruch 1 oder 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der Läufer (4) auf der Welle (2) geteilt ausgeführt ist.
4. Elektromechanischer Wandler (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass eine Wandung zumindest eines in der Ständermitte angeordneten der ersten Kühlkanäle (14) zu einer Lagerung (20) der Welle (2) des Läufers (4) an dem Ständer (6) genutzt ist.
5. Elektromechanischer Wandler (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die radialen ersten und/oder zweiten Kühlkanäle (14, 16) aus Faserverbundwerkstoffen hergestellt sind.
6. Elektromechanischer Wandler (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die ersten und zweiten Kühlkanäle (14, 16) aus nicht magne- tisch und/oder nicht elektrisch leitenden Werkstoffen hergestellt sind.
7. Elektromechanischer Wandler (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der Läufer (4) parallel und/oder radial zur Welle (2) verlau¬ fende Kühlkanäle (22) aufweist.
8. Elektromechanischer Wandler (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der elektromechanische Wandler (1) für eine Maximalleistung bis zu 1 MW konzipiert ist.
9. Elektromechanischer Wandler (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Welle (2) des elektromechanischen Wandlers (1) als eine mit einem Verbrennungsmotor verbundene Antriebswelle ausge¬ bildet ist.
EP14706486.9A 2013-02-04 2014-01-17 Elektrische maschine mit ständerdirektkühlung Withdrawn EP2939331A2 (de)

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DE201310201778 DE102013201778A1 (de) 2013-02-04 2013-02-04 Elektrische Maschine mit Ständerdirektkühlung
PCT/EP2014/050893 WO2014118020A2 (de) 2013-02-04 2014-01-17 Elektrische maschine mit ständerdirektkühlung

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Application Number Title Priority Date Filing Date
EP14706486.9A Withdrawn EP2939331A2 (de) 2013-02-04 2014-01-17 Elektrische maschine mit ständerdirektkühlung

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US (1) US20150372568A1 (de)
EP (1) EP2939331A2 (de)
CN (1) CN104969453A (de)
BR (1) BR112015018340A2 (de)
CA (1) CA2899980A1 (de)
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