DE19650572A1

DE19650572A1 - Procedure for cooling AC machine esp transversal flux machine

Info

Publication number: DE19650572A1
Application number: DE19650572A
Authority: DE
Inventors: Uwe Muehlberger
Original assignee: Voith Turbo GmbH and Co KG
Current assignee: Voith Turbo GmbH and Co KG
Priority date: 1996-12-06
Filing date: 1996-12-06
Publication date: 1998-06-10

Abstract

In a procedure for cooling an AC machine, especially a transversal flux type, with a rotor and stator that form with each other at least one radially inner and/or radially outer intermediate chamber, at least one part region of the stator is cooled. The AC machine additionally is partly filled with coolant so that when it is not operating "in the fitting position", a coolant pool is formed whose level adjusts itself at least in the region of the radially outer intermediate chamber between the rotor and the stator lying below the axis of symmetry of the machine. During operation of the machine, the coolant in the intermediate chamber is atomised by the rotor's rotation.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Kühlung einer Wechselstrommaschine insbesondere einer Transversalflußmaschine, ferner eine Transversalflußmaschine.The invention relates to a method for cooling an AC machine in particular a transverse flux machine, also a Transverse flux machine.

Elektrische Maschinen in Form von Wechselstrommaschinen, die nach dem Transversalflußprinzip arbeiten, sind in verschiedenen Ausführungen aus einer Vielzahl von Druckschriften, beispielsweise
Electrical machines in the form of alternating current machines, which operate according to the transverse flow principle, are available in various designs from a large number of publications, for example

(1) DE 35 36 538 A1
(2) DE 37 05 089 C1
(3) DE 39 04 516 C1
(4) DE 41 25 779 C1

bekannt. Diese beschreiben im wesentlichen das Grundprinzip und den Aufbau.known. These essentially describe the basic principle and the 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. Eine derartige Anordnung zweier Ringelemente bildet eine Polstruktur. Vorzugsweise sind Transversalflußmaschinen symmetrisch aufgebaut. Diese umfassen dann zwei durch eine zentrale Trägerscheibe getrennte Polstrukturen. AC machines that work on the transverse flow principle, comprise at least one stator with at least one armature winding and a rotor opposite the armature winding. The rotor is there from at least two side by side, by an intermediate layer made of magnetically and electrically non-conductive material, Ring elements in the circumferential direction a variety of alternately have arranged polarized magnets and soft iron elements. Such an arrangement of two ring elements forms a pole structure. Transverse flux machines are preferably constructed symmetrically. This then comprise two separated by a central carrier disc Pole structures.

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 der Wechselstrommaschine. Insbesondere sind vor allem Situationen kritisch, bei denen eine solche Maschine bei hoher Last und vor allem hoher Drehzahl arbeitet.In such a machine is in operation both in the rotor and in Stator due to those occurring through the windings and the magnetic cores and heat losses due to induced eddy currents generated. If appropriate measures are not taken, this limits the Resilience, the duration of loading and thus also the usability of the AC machine. In particular, situations are particularly critical such a machine at high load and above all high speed is working.

Zur Vermeidung dieses nachteiligen Effektes ist es grundsätzlich bekannt, den Stator an Kühleinrichtungen anzuschließen. Auf diese Weise kann eine Erwärmung der Maschine und deren Komponenten verringert werden.In order to avoid this disadvantageous effect, it is generally known that Connect stator to cooling devices. In this way, a 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 Kühlkanal 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 Improvement of the cooling effect is known, in particular a cooling arrangement perform such that the cooling devices at least one cooling channel have, which in the area or near the carrier disc in the Stator installed and can be flowed through by a cooling fluid. Every cooling channel is only minimal from the carrier disc by a channel cover Thickness and the air gap between the rotor and stator separated.

Ebenfalls aus dieser Druckschrift bekannt, ist eine Ausführung mit axial verlaufendem Kühlkanal in einer Distanzscheibe, welche zwischen einem Paar von Statorabschnitten vorgesehen ist. Die Distanzscheibe 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 axial version running cooling channel in a spacer, which is between a pair of stator sections is provided. The spacer is the Carrier disc radially opposite, is symmetrical to the carrier disc arranged and thermally insulated from the stator sections. This is made of a material that is magnetically passive and a good one Has 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 versehen sind, welche im wesentlichen parallel zueinander verlaufende Flächen haben und durch einen Luftspalt voneinander getrennt sind.Another known way to increase heat reduction consists of the carrier disc and that in the area of the cooling channels opposite areas of the stator with interlocking complementary teeth are provided, which are substantially parallel have mutually extending surfaces and an air gap from each other are separated.

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, in Umfangsrichtung verteilt, Speicherzellen eingearbeitet sind, die mit einem Phasenübergangsmaterial gefüllt sind.Furthermore, it is known, either instead of the one described above Measures or additionally to use a rotor, which on the Carrier disk attached, has at least one pair of collector rings, which by an insulating ring made of magnetically passive and electrically not conductive material are connected, and in which in the insulating ring, in Distributed circumferential direction, memory cells are incorporated with a Phase transition material are filled.

Die Wirkung dieser bekannten Maßnahmen kann durch eine geeignete Werkstoffauswahl und Oberflächenbehandlung erhöht werden.The effect of these known measures can be determined by a suitable one Material selection and surface treatment can be increased.

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. 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.The disadvantage of the known designs is that large Cooling effects can only be achieved with a high manufacturing expenditure can. The most stressed and heated areas of the rotor can often not be optimally and above all not evenly cooled. Due to the construction of the transverse flux machine, the cooling is some Areas of the rotor only possible indirectly, especially the Junctions between the individual ring elements of a pole structure and / or the connection between the carrier disk and the pole structures. This however, are the areas most exposed to warming are.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Kühlanordnung für eine Wechselstrommaschine, insbesondere eine Transversalflußmaschine 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 a cooling arrangement for a AC machine, in particular a transverse flux machine such execute that in addition to ensuring effective cooling of the AC machine, especially the rotor as particularly strong stressed component, a low constructive and costly effort is recorded.

Die erfindungsgemäße Lösung ist durch die Merkmale der Ansprüche 1 und 6 charakterisiert. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen beschrieben.The solution according to the invention is characterized by the features of claims 1 and 6 characterized. Advantageous embodiments are in the subclaims described.

Bei Ausführungen von Wechselstrommaschinen, 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 im radial äußeren auch als Luftspalt bezeichneten Zwischenraum in Einbaulage zwischen Rotor und Stator betrachtet unterhalb der Rotorachse im mathematischen Sinn ein Kühlmittelsumpf ausbildet. Im Betrieb 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 im Luftspalt zwischen Rotor- und Stator. Dieses übernimmt durch Wärmeströmung und Wärmeübergang den Wärmetransport von Rotor zum beispielsweise wassergekühlten Stator. Das Kühlmittel-Luft gemisch 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. When executing AC machines, in particular Transversal flux machines, in which devices for cooling the stator are provided according to the invention, the ones that cannot be directly cooled Areas of the rotor by means of an atomization Coolant-air mixture cooled. To do this, the AC machine, especially the transverse flux machine partially filled so that at least in the radially outer space also referred to as an air gap in Installation position between rotor and stator viewed below the rotor axis in mathematically forms a coolant sump. In the operation of the AC machine, especially the transverse flux machine, it will Coolant entrained by the rotor rotation and due to it atomizes the forces acting on the coolant. It essentially arises in Dependence on the speed of the rotor shaft and the filling level Coolant-air mixture in the air gap between the rotor and stator. This takes over the heat transport through heat flow and 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 are provided have to be and a one-time partial filling with coolant, which in the Inside the AC machine is sufficient.

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.Preferably, as a low viscosity coolant, i.e. H. with a low internal friction due to force effects between the Molecules used, for example in the form of low-viscosity oil.

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.The solution according to the invention offers the possibility of dissipating heat also in the critical areas, which by means of conventional Cooling arrangements have so far been insufficiently cooled. At the same time, the use of oil also offers the possibility of Corrosion protection of the rotor.

Vorzugsweise wird 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.A partial filling is preferably selected which, when the AC machine allows a coolant level at a height which is in the area of the or radially inward of the rotor axis gaps between the rotor and stator. This Spaces are also known as air gaps. A filling with a higher coolant level is also conceivable.

Die erfindungsgemäße Lösung ist bei Wechselstrommaschinen unterschiedlichsten Aufbaus anwendbar. Diese ist daher sowohl bei Wechselstrommaschinen, insbesondere 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.The solution according to the invention is for AC machines different structures applicable. This is therefore both at AC machines, especially transverse flux machines with im essentially symmetrical structure, d. H. with a rotor with itself on both sides extending from a central carrier disk in the axial direction Pole structures can also be used in versions with only one pole structure. Also, two need not necessarily be one above the other in the radial direction arranged air gaps may be provided, one is sufficient.

Diese Möglichkeit kann als Maßnahme zur zusätzlichen Kühlung in Kombination mit herkömmlichen Kühlmaßnahmen bei jeder Art von Wechselstrommaschinen eingesetzt werden. Bei Maschinen mit geringer Leistung könnte bereits auch die Teilbefüllung in Kombination mit einer einfachen Statorkühlung ausreichend sein. This option can be used as a measure for additional cooling Combination with conventional cooling measures for every type of AC machines are used. For machines with less Performance could already include partial filling in combination with a simple stator cooling may be sufficient.

Die Auswahl der geeigneten Kombinationen der erfindungsgemäßen Ölnebelkühlung 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 invention Oil mist cooling with conventional cooling arrangements for stator cooling at the discretion of the specialist and depends on the specific Use case.

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 Statorgrundkörper vorgesehen.The stator can be cooled in different ways, directly or indirectly using different cooling media. In the simplest case is this connected to corresponding cooling devices or is it Coolant channels that 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 Rotorabschnitten zu kombinieren.In addition, however, there is the possibility of cooling the Rotor with already known measures for cooling the rotor, especially to combine for local cooling of rotor sections.

Nachfolgend sind einige Beispiele genannt:
Here are some examples:

- For example, it is conceivable in the stator near the carrier disk to provide at least one cooling channel which is provided by a cooling fluid can be flowed through, the cooling channel only from the carrier disk through a channel cover of minimal thickness and the space is separated between the rotor and stator.
- In a special embodiment, the cooling channel can run axially and be installed in a spacer between one A pair of stator sections is arranged. The spacer is symmetrically in the radial direction opposite the carrier disc arranged and thermally insulated from the stator sections. The spacer is preferably made of a material which is magnetically passive and has good thermal conductivity. she points essentially radially on both sides of the cooling channel running wide cavities on which a thermal Form insulation from the neighboring areas of the stator. The cavities can be covered with air or other insulation materials be filled.
- Furthermore, the cooling channel in the base body of the stator be arranged.
- An embodiment is conceivable in which the carrier disk and the in the area of the cooling channels opposite areas of the stator to be provided with mutually complementary teeth, which in have substantially parallel surfaces and are separated from each other by an air gap.
- Instead of or in addition to the examples listed above, the design of the rotor is modified such that the rotor attached to the carrier disk has at least one pole structure in which the ring-shaped arrangements of alternately magnetizable magnets and soft iron elements by means of an insulating ring made of magnetically passive and electrically not conductive material are connected. In this insulating ring, memory cells are incorporated in the circumferential direction, which are filled with phase change material, the melting point of which is below a predetermined temperature.
With regard to further possible measures, reference is made to DE 43 35 848 A1, the disclosure content of which for possible combinations of the solution according to the invention with known cooling arrangements is to be included in full in this application.

Vorrichtungsmäßig sind der Wechselstrommaschine jeweils nur Mittel zur Realisierung der Teilbefüllung zuzuordnen. Die Teilbefüllung kann sich dabei
In terms of the device, the AC machine can only be assigned means for realizing the partial filling. The partial filling may change

1) solely on the spaces between the rotor and stator or rotor and stator body or
2) generally on the stator mounted in the stator body enclosing stator housing.

Die erstgenannte Möglichkeit wird dabei vor allem bei Ausführungen von Wechselstrommaschinen, insbesondere Transversalflußmaschinen bevorzugt, welche zusätzliche Kühleinrichtungen am Statorgrundkörper aufweisen.The first option is used especially for versions of AC machines, in particular transverse flux machines preferred, which have additional cooling devices on the stator body.

Bei der zweiten Möglichkeit bildet sich bei Teilbefüllung ein Kühlmittelsumpf im Gehäuse in welchen der Statorgrundkörper eintaucht. Es sind dann 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.In the second option, a coolant sump forms when partially filled in the housing in which the stator body is immersed. Then there are Possibilities to provide that coolant from the housing in the To let spaces pass. For example, this is conceivable Through openings in the stator body, which the interior of the housing with connect the gaps.

Die erfindungsgemäße Lösung der Aufgabe wird nachfolgend anhand von Figuren erläutert.The achievement of the object is described below with reference to Figures explained.

Es zeigen:Show it:

Fig. 1 einen Ausschnitt aus einer Schnittdarstellung einer Transversalflußmaschine mit erfindungsgemäßer Teilbefüllung; Fig. 1 a detail of a sectional view of a transverse flux machine according to the invention with partial load;

Fig. 2-5 zusätzliche zur Kombination mit der Teilbefüllung geeignete Möglichkeiten zur Rotorkühlung. Fig. 2-5 additional options suitable for combination with partial filling for rotor cooling.

Die Fig. 1 verdeutlicht in einer Schnittdarstellung den Aufbau einer 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 erste 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. Fig. 1 illustrates in a sectional view the structure of an AC machine in the form of a transverse flux machine 1 in the installed position. This comprises a rotor 2 and a stator 3 . The rotor 2 comprises a shaft supported in a stator 4 rotor shaft 5 with a non-rotatably mounted thereon and extending substantially in a radial direction central support plate 6 on both sides in each case coaxially arranged at the end faces of the rotor axis of rotation A pole structures - a first pole structure 7 and a second pole structure 8 are provided. Each pole structure 7 and 8 comprises two juxtaposed in the axial direction and in each case by an intermediate layer 9 and 10 of magnetically and electrically non-conductive material separate rows 11 and 12 or 13 and 14 alternately magnetized in the circumferential direction of magnets with intervening soft iron elements sixteenth In the case shown, each pole structure 7 or 8 is assigned an end ring 17 or 18 at the end .

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 form an inner stator part 28 and 29 with the associated cutting band cores 24 and 26 relative 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_i und der Außendurchmesser d_a 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 bezeichnete Zwischenräume ausgebildet 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.The inner diameter d _i and the outer diameter d _{a of} the rotor 2 are selected for the dimensions of the stator parts 28 and 29 or 30 and 31 such that spaces are also formed between the rotor and the stator, which are referred to as air gaps. 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 .

Der Transversalflußmaschine 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 Fig. 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 Grundkörper 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.The transverse flux machine here is assigned means for filling with an operating medium, which are not shown in detail here. The filling takes place at least over 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 intermediate space when not in use, as shown in FIG. 1. 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 vom 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.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 the rotor 2 and the stator 3 . Through heat flow and heat transfer, this takes over the heat transfer from the 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 need 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.For direct cooling of the stator 3 , cooling channels 37 , 38 , 39 and 40 are provided, through which a cooling liquid can flow.

Möglichkeiten zur zusätzlichen Kühlung des Rotors 2 sind in den Fig. 2 bis 5 beschrieben. Diese sind mit der erfindungsgemäßen Teilbefüllung kombinierbar. Für gleiche Elemente sind gleiche Bezugszeichen verwendet.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 verdeutlicht eine Möglichkeit anhand einer Einzelheit aus 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 einem Material mit sehr guter Wärmeleitfähigkeit besteht. FIG. 2 illustrates one possibility on the basis of a detail from FIG. 1. This figure shows a spacer 42 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 extracted from the carrier disc 6 in this area over the entire axial width of the spacer in the circumferential direction, the carrier disc 6 preferably consisting of a 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 Fig. 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 einem 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.As an alternative or in addition to the cooling duct 44 according to FIG. 2, there is the possibility of providing a radially extending, broad-area cooling duct 46 which is opposite a corresponding area of the carrier disk 6 of the rotor 2 . Here, the cooling duct 46 is located in an area with a small distance from the rotor shaft 5 . In addition, the cooling effect can be supported by the fact that on the carrier disc 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.

Eine weitere spezielle Bauform eines Rotors 2 für eine Wechselstrommaschine ist in den Fig. 4 und 5 dargestellt.Another special design of a rotor 2 for an AC machine is shown in FIGS. 4 and 5.

Fig. 4 verdeutlicht einen Ausschnitt einer Schnittdarstellung 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 Fig. 5 in einer Ansicht A entsprechend Fig. 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 detail 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, which are separated from one another by an intermediate layer 9 but are mechanically connected to one another. As shown in FIG. 5 in a view A corresponding to FIG. 4, the intermediate layer 9 contains a multiplicity of memory cells 49 arranged distributed over the circumference. These storage 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.

Claims

1. A method for cooling an AC machine, in particular a transverse flux machine, with a rotor and a stator, which each form at least one radially inner and / or one radially outer intermediate space;

1.1 in which at least a portion of the stator is cooled;
1.2 in which the AC machine is additionally partially filled with a coolant in such a way that
1.2.1 a coolant sump is formed in the non-operating position in the installed position, the mirror of which adjusts itself at least in the region of the radially outer intermediate space between the rotor and stator 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. The method according to claim 1, characterized in that the mirror of the coolant in the area of the radially inner space between rotor and stator.

3. The method according to any one of claims 1 or 2, characterized characterized in that only the space between one, the Stator supporting body, the stator and the rotor is filled.

4. The method according to any one of claims 1 or 2, characterized characterized in that a housing enclosing the stator, the Interior with those formed between the rotor and stator Is coupled, filled and the coolant in the spaces Space between the rotor and stator is passed.

5. The method according to any one of claims 1 to 4, characterized in that an oil with a low viscosity is used as the cooling liquid.

6. AC machine, especially transverse flux machine

6.1 with a rotor;
6.2 with a stator arranged in a base body;
6.3 with at least one cooling device which is assigned to the stator;
6.4 The rotor and stator form at least one inner and one outer space in the radial direction;
characterized by the following characteristic:
6.5 means are provided for filling at least a partial area of the intermediate spaces with a coolant.

7. AC machine according to claim 6, characterized in that that the means for filling at least a portion of the Gaps between the rotor and stator at least one in Basic body provided and at least indirectly with a Include coolant supply device couplable channel.

8. AC machine according to claim 7, characterized by the following features:

8.1 with a housing enclosing the base body;
8.2 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;
8.3 the feed channel is coupled via the interior of the housing to the channel provided in the base body.

9. AC machine according to one of claims 6 to 8, characterized characterized in that the cooling device associated with the stator at least one fillable with a cooling medium and in Base body arranged channel includes.

10. AC machine according to one of claims 6 to 9, characterized by the following features:

10.1 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;
10.2 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;
10.3 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.

11. AC machine according to one of claims 6 to 10, characterized characterized in that the carrier disc and in the area of Areas of the stator located opposite cooling channels interlocking complementary through an air gap separate teeth are provided.

12. AC machine according to one of claims 6 to 11, characterized by the following features:

12.1 each pole structure comprises two adjacent rows, separated by an intermediate layer made of magnetically and electrically non-conductive material (intermediate ring), of magnets alternately magnetized in the circumferential direction with soft iron elements lying between them;
12.2 memory cells are incorporated into the intermediate layer, distributed in the circumferential direction, which are filled with a phase change material.