WO2013166533A2 - Differential drive assembly for an energy production plant - Google Patents

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WO2013166533A2
WO2013166533A2 PCT/AT2013/000083 AT2013000083W WO2013166533A2 WO 2013166533 A2 WO2013166533 A2 WO 2013166533A2 AT 2013000083 W AT2013000083 W AT 2013000083W WO 2013166533 A2 WO2013166533 A2 WO 2013166533A2
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Definitions

  • the invention relates to an electrical machine with a rotor and a stator.
  • the invention further relates to an energy production plant, in particular wind turbine, with a drive shaft, a generator and a differential gear with three inputs and outputs, with a first drive to the drive shaft, an output to the generator and a second drive with a
  • Differential gear is a planetary gear.
  • Variable speed drives such as for power generation plants or industrial applications, in many cases require the use of a variable speed, on the one hand to increase the efficiency in the partial load range and on the other hand to control the torque or the speed in the drive train of the system.
  • variable speed generator solutions increasingly in the form of so-called permanent magnet-excited low-voltage synchronous generators in combination with IGBT frequency converters.
  • these solutions have the disadvantage that the plants are to be connected by means of transformers to the medium-voltage network and the necessary for the variable speed frequency correspondingly powerful and therefore a source of efficiency losses and unwanted failures.
  • differential drives are used, which directly to the medium-voltage network
  • Auxiliary drive which preferably provides a permanent magnet synchronous machine in combination with a smaller power IGBT frequency converter, use. This so-called
  • Servomotor is exposed due to the usually high gear ratio very high dynamic loads.
  • the high dynamic load in turn leads to a
  • the O2010 / 108209 proposes the lowest possible moment of inertia in order to optimize the control behavior for a differential drive system.
  • the object of the invention is therefore to be interpreted as an electric machine for use as a servomotor so that the demands for adequate cooling and a small
  • Fig. 2 shows the typical structure of a servo motor according to the state of
  • Fig. 3 shows an inventive encoding for a
  • FIG. 4 shows a cross section of the servomotor according to FIG. 3 and FIG
  • Wind turbine is for an optimal performance coefficient
  • Partial load range to set a correspondingly low speed in order to ensure optimum aerodynamic efficiency.
  • Fig. 1 shows a possible principle of a differential drive for a wind turbine consisting of a differential stage 4 as a differential gear 11 to 13, a matching gear stage 5, an electric servomotor 6 and a
  • Frequency converter 7 The rotor 1 of the wind turbine, which sits on a drive shaft 2, drives a main gear 3 at.
  • the main transmission 3 is usually a 3-stage transmission with two
  • Planetary stages and a spur gear are also, especially when using higher-pole generators, with fewer stages, including in combination with so-called stepped planets or so-called power-split gear stages, executed.
  • the differential stage 4 is driven by the main transmission 3 via a pianist carrier 12 of the differential stage 4.
  • the generator 8 preferably a third-excited medium voltage synchronous generator, is connected to a ring gear 13 of the
  • Differential stage 4 is connected and driven by this.
  • a pinion 11 of the differential stage 4 is connected to the servo motor 6.
  • the speed of the servomotor 6 is controlled to ensure a constant speed of the generator 8 at a variable speed of the rotor 1 and to regulate the torque in the drive train of the wind turbine.
  • a multi-stage differential gear is selected in the case shown, which is an adjustment gear stage 5 in the form of a
  • Spur gear between the differential stage 4 and the servo motor 6 provides. Since in the range of the differential drive 6 and a massive clutch 14 as a connecting element between the main transmission and differential gear is under some circumstances a
  • this may be for the
  • Adjustment gear stage 5 can be realized either by large gear diameter or a multi-stage version of this adaptation gear stage 5.
  • the servo motor 6 is a three-phase machine, which is connected via a frequency converter 7 and a transformer 9 to the network. Due to the high dynamic requirements is as servo motor 6 is preferably a
  • the servomotor can in principle every conceivable type of electrical
  • Speed Ganerator x * Speed Rotor + y * Speed Se derotor , where the speed generator is constant and the factors x and y can be derived from the selected gear ratios of the main gearbox and the differential gearbox.
  • the torque on the rotor is determined by the upcoming wind supply and the aerodynamic efficiency of the rotor.
  • the ratio between the torque at the rotor shaft and that at the servo motor is constant, which increases the torque in the drive train through the
  • Servo motor is:
  • Torque Servoraoco torque Rotcr y / x, where the size factor y / x is a measure of the necessary design torque of the servomotor.
  • the power of the servomotor is essentially proportional to the product of percentage
  • Deviation of the rotor speed from its basic speed times rotor power Accordingly, a large speed range basically requires a correspondingly large dimensions of the
  • differential drive In order to make good use of the differential drive, it is operated both as a motor and as a generator. As a result, power is fed into differential stage 4 in motor operation and in regenerative mode
  • Operation power is taken from the differential stage 4.
  • this power is preferably fed into the network or taken from it. That is, the electric machine referred to as a servomotor 6 is operated both as a motor and as a generator.
  • Wind turbines namely variable flow rate.
  • the drive shaft is in each case from that of the flow medium,
  • wind turbine generator mentioned 6 is in eg industrial or pump drives a motor, in which case the power flow described in FIG. 1 turns over. Likewise, it is obvious that a drive is operated application-specific both motor and generator.
  • WO2010 / 108209 recommends a maximum moment of inertia for the differential drive J DA , majt , which can be calculated according to the following formula for a good control behavior of a wind power plant with an electric differential drive:
  • f A is an application factor, which is a measure of the control behavior of the wind turbine to be achieved.
  • Variable s ges is the ratio of the speed range of the
  • Wind turbine (s gas speed range differential drive / speed range rotor) and J R is the mass moment of inertia of the rotor of the wind turbine.
  • f A 0.2
  • Results can be achieved, where for applications with smaller f A additional effort to reduce the mass of the rotor of the differential drive is necessary.
  • Fig. 2 shows a typical configuration of a servomotor according to the prior art.
  • the rotor laminated core 22 is seated with preferably so-called embedded permanent magnet.
  • This design is preferably used for servomotors, which also work in the so-called field weakening range.
  • Performance field weakenability, dynamics, efficiency, etc.
  • Performance of the servo motor can lead.
  • the wound stator 23 In the housing 20 is the wound stator 23.
  • This housing 20 has, for example, a integrated water jacket, which has the task to dissipate the waste heat due to the power loss of the stator. Since the permanently magnetically excited rotor 22 often has only very low losses, it is not necessary to cool it separately.
  • Figs. 3 and 4 show an embodiment of a servo motor according to the invention, which meets the above requirements.
  • Mass moment of inertia can also be designed as a hollow shaft, sits a laminated core 25, which has ventilation ducts 26.
  • the rotor 33 is essentially formed by the rotor shaft 21 and the laminated core 25.
  • a housing includes end shields 27, a water cooled jacket 28, and optionally one or more
  • Attachment parts 29, which receive cooling channels 30 and either cast with the water-cooled jacket 28 or are cast on this or attached as separate attachments.
  • Attachment parts 29 Through the ventilation ducts 26 and the cooling channels 30 can a
  • Circulating air flow which allows the heated air from the rotor, the heat emits when flowing through the cooling channels 30 in the water-cooled jacket 28 of the housing.
  • a separate heat exchanger can be integrated into the cooling air circuit.
  • the rotor 32 is so for example
  • Rotor shaft 21 are attached.
  • a separately (mechanically or electrically) driven fan in the cooling air circuit, whereby the cooling of the speed and the direction of rotation of the rotor shaft is independent. If one decides to use a fan 24 with variable air flow at different directions of rotation or speeds, it is important to note that the
  • Direction of rotation with higher cooling air throughput is the direction of rotation of the servomotor, which causes the higher rotor losses.
  • the cooling air ducts for guiding the cooling air or the fan wheel 24 are preferably designed so that the air gap between the laminated core 25 and the stator 23 is also ventilated and thus cooled.
  • Another improvement measure is to provide in the rotor laminations 25 substantially radial ventilation ducts in which the cooling air from the ventilation duct 26 can flow substantially radially outward into the air gap between the laminated core 25 and the stator 23. This will, i.a. also by the
  • the direction of rotation for optimal air flow for the two fans interpreted in opposite directions. This approach achieves approximately the same air throughput in both directions of rotation of the servomotor.
  • FIG. 4 shows the cross section of the servomotor according to FIG. 3.
  • two attachment parts 29 can be seen by way of example, which are the Record cooling channels 30.
  • the housing can also be carried out with only one or more than two attachments 29.
  • the number of attachments 29 ultimately depends on the extent of the losses to be cooled and the manufacturing capabilities.
  • the sprues 29 can also be omitted and the air flowing through the ventilation ducts 26 can also be separated
  • Refrigeration unit to be cooled.
  • cooling fins 31 are arranged in the cooling channels 30, which improved
  • a heat exchanger can be integrated into the cooling air circuit.
  • the ventilation ducts 26 In this sectional view of the servomotor, a possible embodiment of the invention for the ventilation ducts 26 is shown. Number, shape and position of these ventilation channels 26 depend on the number of pole pairs of the servomotor and the formation of the permanent magnets 34 in the rotor of the servomotor 6 from. In Fig. 4, the permanent magnets 34 are shown only for one pole, but in the real version on the entire circumference, according to the number of pole pairs of the rotor 32 of the servomotor, distributed.
  • the ventilation channels 26 should be radially as far outside as possible in order to realize the lowest possible moment of inertia or optimal cooling.
  • the permanent magnets 34 are preferably mounted in the region of the outer contour of the rotor. The ventilation channels are then to be positioned between the permanent magnets 34.
  • the permanent magnets 34 are simply or multiply executed per pole and can be single-layered or even
  • V-shaped arrangement as in Fig. 4, a single layer
  • the size, number and location eis ⁇ LIi ⁇ tungskanäle 26 is preferably selected so that in the rotor by the permanent magnets 34th
  • FIG. 5 shows the influence of the size of the ventilation ducts on the moment of inertia of the rotor 32 of the servomotor 6.
  • ventilation ducts in the amount of about 60% of
  • Sheet metal cross-section provide.
  • Ventilation channels 26 in the extent of a total of about 15% to 30% of the sheet metal cross-section can be achieved.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Connection Of Motors, Electrical Generators, Mechanical Devices, And The Like (AREA)
  • Motor Or Generator Cooling System (AREA)

Abstract

An electric machine comprising a rotor and a stator has axially aligned ventilating channels (26) in the rotor (32). The surface area portion taken up by the ventilating channels (26) on the cross-sectional surface of the rotor (32) is at least 5%, preferably at least 15%, especially preferably at least 30%, more particularly at least 45% and in particular at least 60%. The rotor thus has both an excellent cooling system and a small moment of inertia.

Description

Differentialantrieb für eine Energiegewinnungsanlage  Differential drive for an energy recovery plant
Die Erfindung betrifft eine elektrische Maschine mit einem Rotor und einem Stator. The invention relates to an electrical machine with a rotor and a stator.
Die Erfindung betrifft des Weiteren eine Energiegewinnungsanlage, insbesondere Windkraftanlage, mit einer Antriebswelle, einem Generator und mit einem Differentialgetriebe mit drei An- bzw. Abtrieben, wobei ein erster Antrieb mit der Antriebswelle, ein Abtrieb mit dem Generator und ein zweiter Antrieb mit einem The invention further relates to an energy production plant, in particular wind turbine, with a drive shaft, a generator and a differential gear with three inputs and outputs, with a first drive to the drive shaft, an output to the generator and a second drive with a
Differential-Antrieb verbunden ist und wobei das Differential drive is connected and where the
Differentialgetriebe ein Planetengetriebe ist. Differential gear is a planetary gear.
Drehzahlvariable Antriebe, wie z.B. für Energiegewinnungsanlagen oder industrielle Anwendungen, erfordern in vielen Fällen den Einsatz einer variablen Drehzahl, einerseits zur Erhöhung des Wirkungsgrades im Teillastbereich und andererseits zur Regelung des Drehmomentes bzw. der Drehzahl im Triebstrang der Anlage. Variable speed drives, such as for power generation plants or industrial applications, in many cases require the use of a variable speed, on the one hand to increase the efficiency in the partial load range and on the other hand to control the torque or the speed in the drive train of the system.
Derzeit sind Anlagen im Einsatz, welche diese Forderung durch Einsatz von drehzahlvariablen Generator-Lösungen, zunehmend in der Form von sogenannten permanentmagneterregten Niederspannungs- Synchrongeneratoren in Kombination mit IGBT-Frequenzumrichtern, erfüllen. Diese Lösungen haben jedoch den Nachteil, dass die Anlagen mittels Transformatoren an das Mittelspannungsnetz anzuschließen sind und die für die variable Drehzahl notwendigen Frequenzumrichter entsprechend leistungsstark und daher eine Quelle für Wirkungsgradverluste und ungewollte Ausfälle sind. Currently plants are in use, which meet this requirement by using variable speed generator solutions, increasingly in the form of so-called permanent magnet-excited low-voltage synchronous generators in combination with IGBT frequency converters. However, these solutions have the disadvantage that the plants are to be connected by means of transformers to the medium-voltage network and the necessary for the variable speed frequency correspondingly powerful and therefore a source of efficiency losses and unwanted failures.
Alternativ werden daher auch sogenannte Differenzialantriebe eingesetzt, welche direkt an das Mittelspannungsnetz Alternatively, therefore, so-called differential drives are used, which directly to the medium-voltage network
angeschlossene fremderregte Mittelspannungsgeneratoren in connected externally excited medium voltage generators in
Kombination mit einem Differenzialgetriebe und einem Combination with a differential gear and a
Hilfsantrieb, welcher vorzugsweise eine permanentmagneterregte Synchronmaschine in Kombination mit einem IGBT-Frequenzumrichter kleinerer Leistung vorsieht, verwenden. Dieser sogenannte Auxiliary drive, which preferably provides a permanent magnet synchronous machine in combination with a smaller power IGBT frequency converter, use. This so-called
Servomotor ist aufgrund der meist hohen Getriebeübersetzung sehr hohen dynamischen Beanspruchungen ausgesetzt. Servomotor is exposed due to the usually high gear ratio very high dynamic loads.
Die hohe dynamische Beanspruchung führt wiederum zu einer The high dynamic load in turn leads to a
entsprechend großen thermischen Belastung des Servomotors, was in weiterer Folge ein über dem Standard dimensioniertes Kühlsystem erfordert. Darüber hinaus schlägt die O2010/108209 ein möglichst kleines Massenträgheitsmoment vor, um das Regelungsverhalten für eine Anlage mit Differenzialantrieb zu optimieren. correspondingly large thermal load of the servomotor, resulting in Another consequence requires a standard sized cooling system. In addition, the O2010 / 108209 proposes the lowest possible moment of inertia in order to optimize the control behavior for a differential drive system.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine elektrische Maschine zur Verwendung als Servomotor so auszulegen, dass die Forderungen nach einer ausreichenden Kühlung und einem kleinen The object of the invention is therefore to be interpreted as an electric machine for use as a servomotor so that the demands for adequate cooling and a small
Massenträgheitsmoment in ausreichendem Maße gleichzeitig erfüllt werden . Mass moment of inertia are sufficiently satisfied simultaneously.
Gelöst wird diese Aufgabe mit einem Servomotor mit den Merkmalen des Anspruchs 1. This object is achieved with a servomotor with the features of claim 1.
Damit kann die Forderung nach einer langen Lebensdauer bei hochdynamischer Beanspruchung, wie dies z.B. für Thus, the requirement for a long life under high dynamic stress, as e.g. For
Energiegewinnungsanlagen typisch ist, sowie einem kleinen Energy recovery systems is typical, as well as a small
Trägheitsmoment in ausreichendem Maße erfüllt werden. Moment of inertia are sufficiently met.
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche . Preferred embodiments of the invention are subject of the dependent claims.
Nachfolgend werden bevorzugte Ausführungs formen der Erfindung unter Bezugnahme auf die angeschlossenen Zeichnungen detailliert beschrieben. Es zeigt: Hereinafter, preferred embodiments of the invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. It shows:
Fig. 1 das Prinzip eines elektromechanischen Fig. 1, the principle of an electromechanical
Differenzialsystems mit einem Servomotor gemäß Stand der Technik,  Differential system with a servo motor according to the prior art,
Fig. 2 den typischen Aufbau eines Servomotors gemäß Stand der Fig. 2 shows the typical structure of a servo motor according to the state of
Technik,  Technology,
Fig. 3 eine erfindungsgemäße Aus ührungsform eines Fig. 3 shows an inventive ührungsform a
Servomotors,  Servomotor
Fig . 4 einen Querschnitt des Servomotors gemäß Fig. 3 und Fig. FIG. 4 shows a cross section of the servomotor according to FIG. 3 and FIG
Fig. 5 den Einfluss der Größe der Lüftungskanäle auf das 5 shows the influence of the size of the ventilation channels on the
Massenträgheitsmoment des Rotors des Servomotors.  Moment of inertia of the rotor of the servomotor.
Im Folgenden wird das Prinzip eines Differenzialantriebes am Beispiel einer Windkraftanlage beschrieben. Die Leistung des Rotors einer Windkraftanlage errechnet sich aus der Formel Rotor-Leistung = Rotorfläche * Leistungsbeiwert * Luftdichte/2 * Windgeschwindigkeit3, wobei der Leistungsbeiwert abhängig von der Schnelllaufzahl {= Verhältnis Blattspitzen-Geschwindigkeit zu Windgeschwindigkeit) des Rotors der Windkraftanlage ist. Der Rotor einer The following describes the principle of a differential drive using the example of a wind turbine. The power of the rotor of a wind turbine is calculated from the formula Rotor power = Rotor area * Power coefficient * Air density / 2 * Wind speed 3 , where the power coefficient is dependent on the speed ratio {= blade tip speed to wind speed ratio) of the rotor of the wind turbine. The rotor of a
Windkraftanlage ist für einen optimalen Leistungsbeiwert Wind turbine is for an optimal performance coefficient
basierend auf einer im Zuge der Entwicklung festzulegenden based on one to be determined in the course of the development
Schnelllaufzahl (meist ein Wert zw. 7 und 9) ausgelegt. Aus diesem Grund ist beim Betrieb der Windkraftanlage im High-speed number (usually a value between 7 and 9) designed. For this reason, when operating the wind turbine in
Teillastbereich eine entsprechend kleine Drehzahl einzustellen, um einen optimalen aerodynamischen Wirkungsgrad zu gewährleisten. Partial load range to set a correspondingly low speed in order to ensure optimum aerodynamic efficiency.
Fig. 1 zeigt ein mögliches Prinzip eines Differenzialantriebes für eine Windkraftanlage bestehend aus einer Differenzialstufe 4 als Differentialgetriebe 11 bis 13, einer Anpassungs- Getriebestufe 5, einem elektrischen Servomotor 6 und einem Fig. 1 shows a possible principle of a differential drive for a wind turbine consisting of a differential stage 4 as a differential gear 11 to 13, a matching gear stage 5, an electric servomotor 6 and a
Frequenzumrichter 7, Der Rotor 1 der Windkraftanlage, der auf einer Antriebswelle 2 sitzt, treibt ein Hauptgetriebe 3 an. Das Hauptgetriebe 3 ist meist ein 3-stufiges Getriebe mit zwei Frequency converter 7, The rotor 1 of the wind turbine, which sits on a drive shaft 2, drives a main gear 3 at. The main transmission 3 is usually a 3-stage transmission with two
Planetenstufen und einer Stirnradstufe, kann aber auch, vor allem bei Einsatz von höherpoligen Generatoren, mit weniger Stufen, unter anderem auch in Kombination mit sogenannten Stufenplaneten oder sogenannten leistungsverzweigten Getriebestufen, ausgeführt sein. Zwischen dem Hauptgetriebe 3 und dem Generator 8 befindet sich die Differenzialstufe 4, welche vom -Hauptgetriebe 3 über einen Pianetenträger 12 der Differenzialstufe 4 angetrieben wird. Der Generator 8, vorzugsweise ein fremderregter Mittelspannungs- Synchrongenerator , ist mit einem Hohlrad 13 der Planetary stages and a spur gear, but also, especially when using higher-pole generators, with fewer stages, including in combination with so-called stepped planets or so-called power-split gear stages, executed. Between the main transmission 3 and the generator 8 is the differential stage 4, which is driven by the main transmission 3 via a pianist carrier 12 of the differential stage 4. The generator 8, preferably a third-excited medium voltage synchronous generator, is connected to a ring gear 13 of the
Differenzialstufe 4 verbunden und wird von diesem angetrieben. Ein Ritzel 11 der Differenzialstufe 4 ist mit dem Servomotor 6 verbunden. Die Drehzahl des Servomotors 6 wird geregelt, um einerseits bei variabler Drehzahl des Rotors 1 eine konstante Drehzahl des Generators 8 zu gewährleisten und andererseits das Drehmoment im Antriebsstrang der Windkraftanlage zu regeln. Um die Eingangsdrehzahl für den Servomotor 6 zu erhöhen wird im gezeigten Fall ein mehrstufiges Differenzialgetriebe gewählt, welches eine Anpassungs-Getriebestufe 5 in Form einer Differential stage 4 is connected and driven by this. A pinion 11 of the differential stage 4 is connected to the servo motor 6. The speed of the servomotor 6 is controlled to ensure a constant speed of the generator 8 at a variable speed of the rotor 1 and to regulate the torque in the drive train of the wind turbine. In order to increase the input speed for the servo motor 6, a multi-stage differential gear is selected in the case shown, which is an adjustment gear stage 5 in the form of a
Stirnradstufe zwischen der Differenzialstufe 4 und dem Servomotor 6 vorsieht. Da im Bereich des Differenzialantriebes 6 auch ein massive Kupplung 14 als Verbindungselement zwischen Hauptgetriebe und Differenzialgetriebe liegt, ist unter Umständen ein Spur gear between the differential stage 4 and the servo motor 6 provides. Since in the range of the differential drive 6 and a massive clutch 14 as a connecting element between the main transmission and differential gear is under some circumstances a
entsprechend großer Achsversatz für den Servomotor 6 correspondingly large axial offset for the servomotor 6
erforderlich. In diesem Falle kann dies für die required. In this case, this may be for the
Anpassungsgetriebestufe 5 entweder durch große Zahnraddurchmesser oder eine mehrstufige Ausführung dieser Anpassungsgetriebestufe 5 realisiert werden. Der Servomotor 6 ist eine Drehstrommaschine, welche über einen Frequenzumrichter 7 und einen Transformator 9 mit dem Netz, verbunden wird. Aufgrund der hohen dynamischen Anforderungen wird als Servomotor 6 vorzugsweise eine  Adjustment gear stage 5 can be realized either by large gear diameter or a multi-stage version of this adaptation gear stage 5. The servo motor 6 is a three-phase machine, which is connected via a frequency converter 7 and a transformer 9 to the network. Due to the high dynamic requirements is as servo motor 6 is preferably a
permanentmagneterregte Synchronmaschine gewählt. Der Servomotor kann jedoch prinzipiell jede denkbare Art von elektrischer permanent magnet synchronous machine selected. However, the servomotor can in principle every conceivable type of electrical
Maschine sein. Machine.
Die Drehzahlgleichung für das Differenzialgetriebe lautet: The speed equation for the differential gear is:
DrehzahlGanerator = x * DrehzahlRotor + y * DrehzahlSe vomotor , wobei die DrehzahiGenerator konstant ist und sich die Faktoren x und y aus den gewählten Getriebeübersetzungen von Hauptgetriebe und Differenzialgetriebe ableiten lassen. Das Drehmoment am Rotor wird durch das anstehende Windangebot und den aerodynamischen Wirkungsgrad des Rotors bestimmt. Das Verhältnis zwischen dem Drehmoment an der Rotorwelie und dem am Servomotor ist konstant, wodurch sich das Drehmoment im Antriebsstrang durch den Speed Ganerator = x * Speed Rotor + y * Speed Se derotor , where the speed generator is constant and the factors x and y can be derived from the selected gear ratios of the main gearbox and the differential gearbox. The torque on the rotor is determined by the upcoming wind supply and the aerodynamic efficiency of the rotor. The ratio between the torque at the rotor shaft and that at the servo motor is constant, which increases the torque in the drive train through the
Servomotor regeln lässt. Die Drehmomentgleichung für den Servomotor regulate. The torque equation for the
Servomotor lautet: Servo motor is:
DrehmomentServoraoco = DrehmomentRotcr y / x , wobei der Größenfaktor y/x ein Maß für das notwendige Auslegungs- Drehmoment des Servomotors ist. Die Leistung des Servomotors ist im Wesentlichen proportional dem Produkt aus prozentueller Torque Servoraoco = torque Rotcr y / x, where the size factor y / x is a measure of the necessary design torque of the servomotor. The power of the servomotor is essentially proportional to the product of percentage
Abweichung der Rotordrehzahl von dessen Grunddrehzahl mal Rotor- Leistung. Dementsprechend erfordert ein großer Drehzahlbereich grundsätzlich eine entsprechend große Dimensionierung des Deviation of the rotor speed from its basic speed times rotor power. Accordingly, a large speed range basically requires a correspondingly large dimensions of the
Servomotors. Das heißt, je kleiner der notwendige Drehzahlbereich an der Antriebswelle ist, desto kleiner kann der erforderliche Servomotor und demzufolge auch der Aufwand für dessen Herstellung und Betrieb sein. Andererseits erfordert ein kleiner Drehzahlbereich ein entsprechend großes Übersetzungsverhältnis des Differenzialgetriebes , um den Servomotor mit typischen Servomotor. That is, the smaller the necessary speed range on the drive shaft, the smaller can be the required servomotor and consequently also the cost of its production and operation. On the other hand, a smaller one requires Speed range a correspondingly large transmission ratio of the differential gear to the servomotor with typical
Nenndrehzahlen - vorzugsweise zw. l.OOOrpm und l.SOOrpm ~ auslegen zu können. Ein großes Übersetzungsverhältnis des Rated revolutions - preferably zw. L.OOOrpm and l.SOOrpm ~ to interpret. A big gear ratio of the
Differenzialgetriebes führt jedoch andererseits zu einer großen dynamischen Belastung des Servomotors, da eine Drehzahländerung am Rotor eine entsprechend große Änderung am Servomotor bedingt. Dies ist der Grund für die eingangs erwähnten Forderungen nach verbesserter Kühlung und kleinem Massenträgheitsmoment des However, differential gear on the other hand leads to a large dynamic load of the servomotor, since a speed change on the rotor causes a correspondingly large change in the servo motor. This is the reason for the above-mentioned demands for improved cooling and low moment of inertia of the
Servomotors . Servo motor.
Um den Differentialantrieb entsprechend gut ausnutzen zu können, wird dieser sowohl motorisch als auch generatorisch betrieben. Das führt dazu, dass im motorischen Betrieb Leistung in die Dif erentialstufe 4 eingespeist wird und im generatorischen In order to make good use of the differential drive, it is operated both as a motor and as a generator. As a result, power is fed into differential stage 4 in motor operation and in regenerative mode
Betrieb Leistung der Differentialstufe 4 entnommen wird. Diese Leistung wird im Falle eines elektrischen Differential-Antriebes vorzugsweise in das Netz eingespeist bzw. diesem entnommen. Das heißt, dass die als Servomotor 6 bezeichnete elektrische Maschine sowohl als Motor als auch als Generator betrieben wird. Operation power is taken from the differential stage 4. In the case of an electric differential drive, this power is preferably fed into the network or taken from it. That is, the electric machine referred to as a servomotor 6 is operated both as a motor and as a generator.
Die beschriebene Ausführungsform ist nur ein Beispiel und ist bei technisch ähnlichen Anwendungen ebenfalls umsetzbar. Dies betrifft v.a. Wasserturbinen bzw. Pumpen und Anlagen zur The described embodiment is only an example and is also feasible in technically similar applications. This concerns v.a. Hydro turbines or pumps and systems for
Gewinnung von Energie aus Meeresströmungen. Für diese Anwendungen gelten die gleichen Grundvoraussetzungen wie für Extraction of energy from ocean currents. For these applications, the same basic requirements apply as for
Windkraftanlagen, nämlich variable Strömungsgeschwindigkeit. Die Antriebswelle wird jeweils von der vom Strömungsmedium,  Wind turbines, namely variable flow rate. The drive shaft is in each case from that of the flow medium,
beispielsweise Wasser, angetriebenen Einrichtung direkt oder indirekt angetrieben. For example, water, driven equipment driven directly or indirectly.
Darüber hinaus gilt das Gesagte auch für jede Art von Anlagen, welche aufgrund der Rahmenbedingungen Differenziaiantriebe zur Realisierung variabler Drehzahl an der Antriebswelle einsetzen, das heißt jede Art von Antrieben für ( Industrie ) Anlagen, welche mit eingeschränktem Drehzahlbereich betrieben werden. In addition, the above also applies to any type of systems that use Differenziaiantriebe to realize variable speed on the drive shaft due to the conditions, that is, any type of drives for (industrial) systems, which are operated with limited speed range.
Der am Beispiel der Windkraftanlage genannte Generator 6 ist bei z.B. Industrie- oder Pump-antrieben ein Motor, wobei sich in diesem Fall der zu Fig. 1 beschrieben Leistungsfluss umdreht. Ebenso ist es naheliegend, dass ein Antrieb anwendungsspezifisch sowohl motorisch als auch generatorisch betrieben wird. The example of the wind turbine generator mentioned 6 is in eg industrial or pump drives a motor, in which case the power flow described in FIG. 1 turns over. Likewise, it is obvious that a drive is operated application-specific both motor and generator.
Die WO2010/108209 empfiehlt für ein gutes Regelungsverhalten einer Windkraftanlage mit elektrischem Differenzial-Antrieb ein maximales Massenträgheitsmoment für den Differenzial-Antrieb JDA, majt , welches sich nach folgender Formel berechnen lässt:
Figure imgf000008_0001
WO2010 / 108209 recommends a maximum moment of inertia for the differential drive J DA , majt , which can be calculated according to the following formula for a good control behavior of a wind power plant with an electric differential drive:
Figure imgf000008_0001
wobei fA ein Applikationsfaktor ist, welcher ein Maß für das zu erzielende Regelungsverhalten der Windkraftanlage ist. Die where f A is an application factor, which is a measure of the control behavior of the wind turbine to be achieved. The
Variable sges ist das Verhältnis des Drehzahlbereiches des Variable s ges is the ratio of the speed range of the
Differenzial-Antriebes zum Drehzahlbereich des Rotors der Differential drive to the speed range of the rotor
Windkraftanlage (sgas = Drehzahlbereich Differenzial-Antrieb / Drehzahlbereich Rotor) und JR ist das Massenträgheitsmoment des Rotors der Windkraftanlage. Mit einem Applikationsfaktor von fA = 0,2 können laut WO2010/108209 bereits gute Ergebnisse bezüglich Regelungsverhalten erzielt werden. Grundsätzlich wird jedoch festgestellt, dass mit kleiner werdendem fA noch bessere Wind turbine (s gas = speed range differential drive / speed range rotor) and J R is the mass moment of inertia of the rotor of the wind turbine. With an application factor of f A = 0.2, according to WO2010 / 108209, good results with regard to control behavior can already be achieved. Basically, however, it is found that with decreasing f A even better
Resultate erzielt werden können, wobei für Anwendungen mit kleinerem fA ein Mehraufwand zur Reduktion der Masse des Rotors des Differenzial-Antriebes notwendig wird. Results can be achieved, where for applications with smaller f A additional effort to reduce the mass of the rotor of the differential drive is necessary.
Gemäß WO2010/108209 ist eine Verringerung des Applikationsfaktors auf z.B. fA = 0,10 eine weitere, für hochdynamische Anwendungen notwendige Verbesserung. Dies ist jedoch mit zunehmenden According to WO2010 / 108209, a reduction of the application factor to eg f A = 0.10 is another improvement which is necessary for highly dynamic applications. However, this is increasing
Fertigungskosten für den Rotor des Differenzial-Antriebes verbunden . Manufacturing costs for the rotor of the differential drive connected.
Fig. 2 zeigt eine typische Bauform eines Servomotors gemäß Stand der Technik. Auf einer Rotorwelle 21 sitzt das Rotor-Blechpaket 22 mit vorzugsweise sogenannten eingebetteten Permanentmagneten. Diese Bauart wird bevorzugt für Servomotore verwendet, welche auch im sogenannten Feldschwächebereich arbeiten. Eine Fig. 2 shows a typical configuration of a servomotor according to the prior art. On a rotor shaft 21, the rotor laminated core 22 is seated with preferably so-called embedded permanent magnet. This design is preferably used for servomotors, which also work in the so-called field weakening range. A
alternative, massenträgheitsmomentarme Bauweise wäre, die alternative, low-inertia construction would be the
Permanentmagnete direkt am Umfang der Rotorwelle 21 zu Permanent magnets directly on the circumference of the rotor shaft 21 to
befestigen, was jedoch zu wesentlichen Einschränkungen der attach, but this leads to significant limitations of
Leistungsfähigkeit ( Feldschwächbarkeit , Dynamik, Wirkungsgrad, etc.) des Servomotors führen kann. Im Gehäuse 20 befindet sich der gewickelte Stator 23. Dieses Gehäuse 20 hat z.B. einen integrierten Wassermantel, welcher die Aufgabe hat, die durch die Verlustleistung bedingte Abwärme des Stators abzuführen. Da der permanent-magneterregte Rotor 22 oft nur sehr geringe Verluste hat, wird darauf verzichtet, diesen separat zu kühlen. Performance (field weakenability, dynamics, efficiency, etc.) of the servo motor can lead. In the housing 20 is the wound stator 23. This housing 20 has, for example, a integrated water jacket, which has the task to dissipate the waste heat due to the power loss of the stator. Since the permanently magnetically excited rotor 22 often has only very low losses, it is not necessary to cool it separately.
Geht man davon aus, dass für eine gute Regelbarkeit der Assuming that for a good controllability of
Applikationsfaktor fA <0,15 ist, so benötigt man für eine Application factor f A <0.15, so one needs for one
typische 3MW Windkraftanlage einen Servomotor mit eingebetteten Permanentmagneten und einem Massenträgheitsmoment von <l,6kgm2. Dies lässt sich mit einem Servomotor gem. Fig. 2 zwar typical 3MW wind turbine a servomotor with embedded permanent magnets and a mass moment of inertia of <l, 6kgm2. This can be done with a servomotor gem. Fig. 2 though
realisieren, erfordert jedoch besondere Maßnahmen in der but requires special measures in the
Konstruktion . Construction.
Darüber hinaus darf man im Falle hochdynamischer Belastungen und bei Betrieb im Feldschwächebereich die thermische Belastung des Rotors 22 nicht vernachlässigen. Erschwerend wirkt der Umstand, dass Permanentmagnete sehr temperaturempfindlich sind und bei Temperaturen über 160°C schnell die Magnetisierung verlieren. Diese Tatsache erfordert eine leistungsstarke Rotorkühlung, um die Lebensdauer des Servomotors in der Höhe von beispielsweise in der Windenergie geforderten 175.000 Betriebsstunden zu In addition, in the case of highly dynamic loads and when operating in the field weakening range, the thermal load of the rotor 22 can not be neglected. An aggravating factor is the fact that permanent magnets are very sensitive to temperature and rapidly lose their magnetization at temperatures above 160 ° C. This fact requires a powerful rotor cooling to increase the life of the servomotor at the level of, for example, 175,000 operating hours required in wind energy
gewährleisten . guarantee .
Fig. 3 und 4 zeigen eine erfindungsgemäße Ausführungsvariante eines Servomotors, welcher oben genannte Voraussetzungen erfüllt. Auf der Rotorwelie 21, welche zur Reduktion des Figs. 3 and 4 show an embodiment of a servo motor according to the invention, which meets the above requirements. On the rotor shaft 21, which for the reduction of
Massenträgheitsmomentes auch als Hohlwelle ausgeführt sein kann, sitzt ein Blechpaket 25, welches Lüftungskanäle 26 hat. Somit wird der Rotor 33 im Wesentlichen von der Rotorwelle 21 und dem Blechpaket 25 gebildet. Ein Gehäuse weist Lagerschilde 27, einen wassergekühlten Mantel 28 und optional einen oder mehrere  Mass moment of inertia can also be designed as a hollow shaft, sits a laminated core 25, which has ventilation ducts 26. Thus, the rotor 33 is essentially formed by the rotor shaft 21 and the laminated core 25. A housing includes end shields 27, a water cooled jacket 28, and optionally one or more
Anbauteile 29 auf, welche Kühlkanäle 30 aufnehmen und entweder mit dem wassergekühlten Mantel 28 mitgegossen bzw. an diesen angegossen sind oder als separate Anbauteile befestigt werden. Durch die Lüftungskanäle 26 und die Kühlkanäle 30 kann ein Attachment parts 29, which receive cooling channels 30 and either cast with the water-cooled jacket 28 or are cast on this or attached as separate attachments. Through the ventilation ducts 26 and the cooling channels 30 can a
Luftstrom zirkulieren, welcher ermöglicht, dass die vom Rotor erhitzte Luft die Wärme beim Durchströmen der Kühlkanäle 30 in den wassergekühlten Mantel 28 des Gehäuses abgibt. Alternativ kann ein separater Wärmetauscher in den Kühlluft-Kreislauf integriert werden. Der Rotor 32 wird beispielsweise so Circulating air flow, which allows the heated air from the rotor, the heat emits when flowing through the cooling channels 30 in the water-cooled jacket 28 of the housing. alternative a separate heat exchanger can be integrated into the cooling air circuit. The rotor 32 is so for example
konstruiert, dass bei dessen Drehbewegung die Luft automatisch in den Kühlluft-Kanälen 26 und 30 zirkuliert. Um jedoch die designed that during its rotary motion, the air is automatically circulated in the cooling air channels 26 and 30. However, the
Zirkulation zu verbessern, kann ein Lüfterrad 24 an der To improve circulation, a fan 24 at the
Rotorwelle 21 angebracht werden. Alternativ bietet sich an, einen separat (mechanisch oder elektrisch) angetriebenen Lüfter in den Kühlluft-Kreislauf zu integrieren, womit die Kühlung von der Drehzahl und der Drehrichtung der Rotorwelle unabhängig wird. Entscheidet man sich für den Einsatz eines Lüfterrades 24 mit variablem Luftdurchsatz bei verschiedenen Drehrichtungen bzw. Drehzahlen, so ist darauf Augenmerk zu legen, dass die Rotor shaft 21 are attached. Alternatively, it is advisable to integrate a separately (mechanically or electrically) driven fan in the cooling air circuit, whereby the cooling of the speed and the direction of rotation of the rotor shaft is independent. If one decides to use a fan 24 with variable air flow at different directions of rotation or speeds, it is important to note that the
Drehrichtung mit höherem Kühlluft-Durchsatz die Drehrichtung des Servomotors ist, bei der die höheren Rotorverluste entstehen. Direction of rotation with higher cooling air throughput is the direction of rotation of the servomotor, which causes the higher rotor losses.
Um ein optimales Gesamtergebnis zu erhalten, werden die Kühlluft- Kanäle für die Führung der Kühlluft bzw. das Lüfterrad 24 bevorzugt so gestaltet, dass auch der Luftspalt zwischen dem Blechpaket 25 und dem Stator 23 durchlüftet und somit gekühlt wird . In order to obtain an optimum overall result, the cooling air ducts for guiding the cooling air or the fan wheel 24 are preferably designed so that the air gap between the laminated core 25 and the stator 23 is also ventilated and thus cooled.
Eine weitere Verbesserungsmaßnahme ist, in den Rotor-Blechpaketen 25 im Wesentlichen radiale Lüftungskanäle vorzusehen, in denen die Kühlluft vom Lüftungs kanal 26 im Wesentlichen radial nach außen in den Luftspalt zwischen dem Blechpaket 25 und dem Stator 23 strömen kann. Damit wird, u.a. auch durch die Another improvement measure is to provide in the rotor laminations 25 substantially radial ventilation ducts in which the cooling air from the ventilation duct 26 can flow substantially radially outward into the air gap between the laminated core 25 and the stator 23. This will, i.a. also by the
fliehkraftbedingte Beschleunigung der Kühlluft in den radialen Lüftungskanälen, eine zusätzliche Verbesserung der Kühlung des Rotors 32 erzielt. centrifugal force-induced acceleration of the cooling air in the radial ventilation ducts, an additional improvement of the cooling of the rotor 32 achieved.
Zusätzlich bietet sich der Einsatz von zwei oder mehreren In addition, the use of two or more
Lüfterrädern 24, z.B. auf beiden Seiten des Blechpaketes 25, an. Dabei ist als Ausführungsvariante die Drehrichtung für optimalen Luftdurchsatz für die beiden Lüfter gegensinnig auszulegen. Mit diesem Ansatz erreicht man in beide Drehrichtung des Servomotors annähernd gleichen Luftdurchsatz. Fan wheels 24, e.g. on both sides of the laminated core 25, to. In this case, as a variant embodiment, the direction of rotation for optimal air flow for the two fans interpreted in opposite directions. This approach achieves approximately the same air throughput in both directions of rotation of the servomotor.
Fig. 4 zeigt den Querschnitt des Servomotors gemäß Fig. 3. Im Schnitt erkennt man beispielhaft zwei Anbauteile 29, welche die Kühlkanäle 30 aufnehmen. Das Gehäuse kann jedoch auch nur mit einem oder mehr als zwei Anbauteilen 29 ausgeführt werden. Die Anzahl der Anbauteile 29 hängt letztendlich vom Ausmaß der zu kühlenden Verluste und den Fertigungsmöglichkeiten ab. Alternativ können die Angüsse 29 auch entfallen und es kann die durch die Lüftungskanäle 26 strömende Luft auch in einer separaten FIG. 4 shows the cross section of the servomotor according to FIG. 3. In section, two attachment parts 29 can be seen by way of example, which are the Record cooling channels 30. However, the housing can also be carried out with only one or more than two attachments 29. The number of attachments 29 ultimately depends on the extent of the losses to be cooled and the manufacturing capabilities. Alternatively, the sprues 29 can also be omitted and the air flowing through the ventilation ducts 26 can also be separated
Rückkühleinheit gekühlt werden. In Fig. 4 sind in den Kühlkanälen 30 Kühlrippen 31 angeordnet, welche einen verbesserten Refrigeration unit to be cooled. In Fig. 4, cooling fins 31 are arranged in the cooling channels 30, which improved
Wärmeübergang in den wassergekühlten Mantel 28 des Gehäuses gewährleisten. Zusätzlich oder alternativ kann ein Wärmetauscher in den Kühlluft-Kreislauf integriert werden. Ensure heat transfer into the water-cooled jacket 28 of the housing. Additionally or alternatively, a heat exchanger can be integrated into the cooling air circuit.
In dieser Schnitt-Darstellung des Servomotors ist ein mögliches, erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel für die Lüftungskanäle 26 dargestellt. Anzahl, Form und Position dieser Lüftungs kanäle 26 hängen von der Polpaarzahl des Servomotors und der Ausbildung der Permanentmagnete 34 im Rotor des Servomotors 6 ab. In Fig. 4 sind die Permanentmagnete 34 nur für einen Pol dargestellt, sind jedoch in der realen Ausführung am ganzen Umfang, entsprechend der Polpaarzahl des Rotors 32 des Servomotors, verteilt. Die Lüftungskanäle 26 sollen dabei radial möglichst weit außen liegen, um ein möglichst geringes Massenträgheitsmoment bzw. eine optimale Kühlung zu realisieren. Die Permanentmagnete 34 werden vorzugsweise im Bereich der Außenkontur des Rotors angebracht. Die Lüftungskanäle sind dann zwischen den Permanentmagneten 34 zu positionieren. Die Permanentmagnete 34 sind pro Pol einfach oder mehrfach ausgeführt und können einschichtig oder auch In this sectional view of the servomotor, a possible embodiment of the invention for the ventilation ducts 26 is shown. Number, shape and position of these ventilation channels 26 depend on the number of pole pairs of the servomotor and the formation of the permanent magnets 34 in the rotor of the servomotor 6 from. In Fig. 4, the permanent magnets 34 are shown only for one pole, but in the real version on the entire circumference, according to the number of pole pairs of the rotor 32 of the servomotor, distributed. The ventilation channels 26 should be radially as far outside as possible in order to realize the lowest possible moment of inertia or optimal cooling. The permanent magnets 34 are preferably mounted in the region of the outer contour of the rotor. The ventilation channels are then to be positioned between the permanent magnets 34. The permanent magnets 34 are simply or multiply executed per pole and can be single-layered or even
mehrschichtig gepackt sein. Weitere Konfigurationsmöglichkeiten sind z.B. V-förmige Anordnung (wie in Fig. 4 einschichtig be packed in several layers. Further configuration options are e.g. V-shaped arrangement (as in Fig. 4, a single layer
dargestellt}, eingebettet oder am Umfang des Rotors befestigt. Hier sind alle technisch realisierbaren Varianten umsetzbar. Die Größe, Anzahl und Lage eisΣ LIiΣtungskanäle 26 wird vorzugsweise so gewählt, dass die im Rotor durch die Permanentmagnete 34 represented}, embedded or attached to the circumference of the rotor. Here, all technically feasible variants can be implemented. The size, number and location eisΣ LIi¬tungskanäle 26 is preferably selected so that in the rotor by the permanent magnets 34th
entstehenden Feldstromlinien nicht ode resulting field current lines not ode
wirtschaftlich/technisch optimalen Ausmaß unterbrochen werden. Dies wird z.B. durch die im Wesentlichen parallele Anordnung der Wandabschnitte, die den Permanentmagneten 34 benachbart liegen, erreicht. Eine weitere zu erfüllende Rahmenbedingung für die Dimensionierung der Lüftungskanäle 26 ist, dass die mechanische Anbindung an die Rotorweile 21 und das Rotor-Blechpaket 25 selbst mechanisch und elektrisch ausreichend dimensioniert sind. Die Variation des Querschnittes und der Lage der Lüftungskanäle 26 bewirkt eine entsprechend veränderbare Massenträgheit des Rotors 32 des Servomotors 6. Fig. 5 zeigt den Einfluss der Größe der Lüftungskanäle auf das Massenträgheitsmoment des Rotors 32 des Servomotors 6. So ist bei dem gewählten Ausführungsbeispiel, welches ein auf ein kleines Massenträgheitsmoment ausgelegtes Rotordesign unterstellt (wie z.B. ein langgestreckter Rotor 32), die Forderung nach einem Massenträgheitsmoment von < l,6kgm2, um einen Applikationsfaktor fA <0,15 zu erreichen, zu erfüllen. economically / technically optimal extent are interrupted. This is achieved, for example, by the substantially parallel arrangement of the wall sections adjacent to the permanent magnets 34. A further framework condition to be fulfilled for the dimensioning of the ventilation ducts 26 is that the mechanical connection to the rotor shaft 21 and the rotor laminated core 25 itself are sufficiently mechanically and electrically dimensioned. The variation of the cross section and the position of the ventilation channels 26 causes a correspondingly variable inertia of the rotor 32 of the servomotor 6. Fig. 5 shows the influence of the size of the ventilation ducts on the moment of inertia of the rotor 32 of the servomotor 6. Thus, in the selected embodiment, which assuming a rotor design designed for a small mass moment of inertia (such as an elongated rotor 32), the requirement for an inertia of <1, 6kgm 2 to achieve an application factor f A <0.15.
Zur Realisierung eines Massenträgheitsmomentes von 1, Ikgm2, um einen Applikationsfaktor fA <0,1 zu erreichen, sind For realizing a mass moment of inertia of 1, Ikgm 2 , in order to achieve an application factor f A <0.1, are
erfindungsgemäß Lüftungskanäle im Ausmaß von rund 60% des According to the invention ventilation ducts in the amount of about 60% of
Blechquerschnittes vorgesehe . Sheet metal cross-section provide.
Die zusätzliche Forderung nach einer ausreichenden Kühlung des Rotors wird im Normal fall durch Lüftungs kanäle im Ausmaß von insgesamt rund ^5% des Blechquerschnittes erfüllt. Bei hoher thermischer Belastung des Rotors müssen diese jedoch größer dimensioniert oder deren Anzahl erhöht werden. The additional requirement for a sufficient cooling of the rotor is in the normal case by ventilation ducts in the extent of a total of about 5% of the sheet metal cross section met. At high thermal load of the rotor, however, they must be sized larger or increased their number.
Ein guter Kompromiss zwischen mechanischen A good compromise between mechanical
Festigkeitserfordernissen und optimalem magnetischem Fluss im Rotor der Servomotors kann durch optimal dimensionierte  Strength requirements and optimum magnetic flux in the rotor of the servomotor can be achieved by optimally dimensioned
Lüftungskanäle 26 im Ausmaß von insgesamt rund 15% bis 30% des Blechquerschnittes erreicht werden. Treten dynamische Ventilation channels 26 in the extent of a total of about 15% to 30% of the sheet metal cross-section can be achieved. Kicking dynamic
Anforderungen stärker in den Vordergrund, ist es empfehlenswert, optimal dimensionierte Lüftungskanäle 26 im Ausmaß von insgesamt rund 45% bis 75% des Blechquerschnittes zu realisieren. If the requirements are more prominent, it is advisable to realize optimally dimensioned ventilation ducts 26 in the total amount of around 45% to 75% of the sheet metal cross-section.

Claims

Patentansprüche : Claims:
Elektrische Maschine mit einem Rotor und einem Stator, dadurch gekennzeichnet, dass im Rotor {32} axial Electric machine with a rotor and a stator, characterized in that in the rotor {32} axially
ausgerichtete Lüftungskanäle (26) angeordnet sind. aligned ventilation ducts (26) are arranged.
Elektrische Maschine nach Anspruch 1, dadurch Electric machine according to claim 1, characterized
gekennzeichnet, dass der Flächenanteil der Lüftungskanäle (26) an der Querschnittsfläche des Rotors (32) wenigstens 5%, vorzugsweise wenigstens 15%, besonders bevorzugt wenigstens 30%, ganz besonders bevorzugt wenigstens 45% und insbesondere wenigstens 60% beträgt. characterized in that the area fraction of the ventilation channels (26) at the cross-sectional area of the rotor (32) is at least 5%, preferably at least 15%, particularly preferably at least 30%, very particularly preferably at least 45% and in particular at least 60%.
Elektrische Maschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Rotorwelle (21) des Rotors (32) eine Hohlwelle ist. Electric machine according to claim 1 or 2, characterized in that a rotor shaft (21) of the rotor (32) is a hollow shaft.
Elektrische Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass sich von den axialen Electrical machine according to one of claims 1 to 3, characterized in that from the axial
Lüftungskanälen (26) weitere Lüftungskanäle radial nach außen erstrecken. Ventilation ducts (26) extend further ventilation ducts radially outward.
Elektrische Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein Lüfterrad (24) vorgesehen ist, das bei gleicher Drehzahl in unterschiedliche Electrical machine according to one of claims 1 to 4, characterized in that a fan wheel (24) is provided, which at the same speed in different
Drehrichtungen einen unterschiedlich großen Volumensstrom erzeugt . Direction of rotation generates a different volume flow.
Elektrische Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass an jedem Ende des Rotors (32) wenigstens ein Lüfterrad (24) angeordnet ist, das bei gleicher Drehzahl in unterschiedliche Drehrichtungen einen unterschiedlich großen Volumensstrom erzeugt, sodass in beide Drehrichtungen eine annähernd gleich gute Belüftung des Rotors (32) erfolgt. Electrical machine according to one of claims 1 to 4, characterized in that at each end of the rotor (32) at least one fan (24) is arranged, which generates at different speeds in different directions of rotation a different volume flow, so in both directions of rotation approximately equally good ventilation of the rotor (32) takes place.
Elektrische Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass sie ein Gehäuse aufweist, an dem wenigstens ein mit den Lüftungskanälen (26) verbundener Kühlkanal (30) angeordnet ist. Electrical machine according to one of claims 1 to 6, characterized in that it comprises a housing to the at least one with the ventilation channels (26) connected to the cooling channel (30) is arranged.
Elektrische Maschine nach Anspruch 7, dadurch Electric machine according to claim 7, characterized
gekennzeichnet, dass das Gehäuse einen wassergekühl  characterized in that the housing is a water-cooled
Mantel (28) aufweist.  Sheath (28).
9. Elektrische Maschine nach Anspruch 7 oder 8, dadurch 9. Electrical machine according to claim 7 or 8, characterized
gekennzeichnet, dass das Gehäuse Kühlrippen (31} aufweist, . die in den Kühlkanal (30} ragen.  in that the housing has cooling ribs (31) which project into the cooling channel (30).
10. Elektrische Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 9, 10. Electrical machine according to one of claims 1 to 9,
dadurch gekennzeichnet, dass am Rotor (32} Permanentmagnete (34) angeordnet sind, die zumindest teilweise zwischen Lüftungskanälen (26) liegen.  characterized in that on the rotor (32} permanent magnets (34) are arranged, which are at least partially between ventilation channels (26).
11. Elektrische Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 10, 11. Electrical machine according to one of claims 1 to 10,
gekennzeichnet durch einen separat angetriebenen Lüfter.  characterized by a separately driven fan.
12. Elektrische Maschine nach Anspruch 11, dadurch 12. Electrical machine according to claim 11, characterized
gekennzeichnet, dass der Lüfter im Kühlkanal (30) angeordnet ist.  in that the fan is arranged in the cooling channel (30).
13. Elektrische Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 12, 13. Electrical machine according to one of claims 1 to 12,
gekennzeichnet durch einen Wärmetauscher, der mit den  characterized by a heat exchanger associated with the
Lüftungskanälen (26) in Strömungsverbindung steht.  Ventilation channels (26) is in flow communication.
14. Elektrische Maschine nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass den Permanentmagneten (34) benachbarte Wandabschnitte der Lüftungskanäle (26) im 14. Electrical machine according to one of claims 10 to 13, characterized in that the permanent magnet (34) adjacent wall portions of the ventilation ducts (26) in
Wesentlichen parallel zu den Permanentmagneten (34)  Substantially parallel to the permanent magnets (34)
angeordnet sind.  are arranged.
15. Energiegewinnungsanlage, insbesondere Windkraftanlage, mit einer Antriebswelle, einem Generator (8) und mit einem 15. Energy production plant, in particular wind turbine, with a drive shaft, a generator (8) and with a
Differentialgetriebe (4; 11 bis 13} mit drei An- bzw.  Differential gear (4, 11 to 13) with three on or
Abtrieben, wobei ein erster Antrieb (12) mit der  Abtrieb, wherein a first drive (12) with the
Antriebswelle, ein Abtrieb (13) mit dem Generator (8) und ein zweiter Antrieb (11) mit einem Differential-Antrieb (6) verbunden ist und wobei das Differentialgetriebe (4; 11 bis 13) ein Planetengetriebe ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Differential-Antrieb (6) eine elektrische Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 14 ist. Drive shaft, an output (13) with the generator (8) and a second drive (11) with a differential drive (6) and wherein the differential gear (4, 11 to 13) is a planetary gear, characterized in that the differential drive (6) is an electric machine according to one of claims 1 to 14.
Antriebseinheit mit einer Antriebswelle, einem Hauptantrieb und mit einem Differentialgetriebe mit drei An- bzw. Drive unit with a drive shaft, a main drive and a differential gear with three on or
Abtrieben, wobei ein erster Antrieb mit der Antriebswelle, ein Abtrieb mit dem Hauptantrieb und ein zweiter Antrieb mit einem Differential-Antrieb verbunden ist und wobei das Differentialgetriebe ein Planetengetriebe ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Differential-Antrieb eine Driven, wherein a first drive to the drive shaft, an output to the main drive and a second drive is connected to a differential drive and wherein the differential gear is a planetary gear, characterized in that the differential drive a
elektrische Maschine nach 1 bis 14 ist electric machine is after 1 to 14
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