DE19753261A1 - AC machine esp transverse flux type - Google Patents

AC machine esp transverse flux type

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DE19753261A1
DE19753261A1 DE19753261A DE19753261A DE19753261A1 DE 19753261 A1 DE19753261 A1 DE 19753261A1 DE 19753261 A DE19753261 A DE 19753261A DE 19753261 A DE19753261 A DE 19753261A DE 19753261 A1 DE19753261 A1 DE 19753261A1
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Uwe Muehlberger
Andreas Lange
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    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K9/00Arrangements for cooling or ventilating
    • H02K9/22Arrangements for cooling or ventilating by solid heat conducting material embedded in, or arranged in contact with, the stator or rotor, e.g. heat bridges
    • H02K9/227Heat sinks
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K9/00Arrangements for cooling or ventilating
    • H02K9/19Arrangements for cooling or ventilating for machines with closed casing and closed-circuit cooling using a liquid cooling medium, e.g. oil

Abstract

The AC transverse flux machine has a rotor (2), with a stator (3) arranged in a basic body (19) with at least one cooling unit, assigned to the stator. The rotor and stator form in a radial direction, at least respectively an inner (28,33) and an outer intermediate space (34,35). Facilities are provided for the filling of at least a part region of the intermediate spaces (28,33,34,35) with a cooling medium. The facilities for filling at least one part region of the intermediate spaces between the rotor and the stator, include at least one duct in the basic body (19) and at least one duct couplable indirectly with a cooling medium supply unit.

Description

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

Elektrische Maschinen in Form von Wechselstrommaschinen sind in verschiedenen Ausführungen aus einer Vielzahl von Druckschriften bekannt. Wechselstrommaschinen, beispielsweise Asynchronmaschinen oder Synchronmaschinen, die nach dem Prinzip der Drehfelderzeugung arbeiten, sind aus Dubbel, Taschenbuch für den Maschinenbau, Seite V18-V31, bekannt.Electrical machines in the form of AC machines are in various designs known from a variety of publications. AC machines, for example asynchronous machines or Synchronous machines that work on the principle of rotary field generation, are from Dubbel, paperback for mechanical engineering, page V18-V31, known.

Wechselstrommaschinen, die nach dem Transversalflußprinzip arbeiten, sind beispielsweise in folgenden Druckschriften
AC machines that work on the transverse flow principle are, for example, in the following publications

  • (1) DE 35 36 538 A1(1) DE 35 36 538 A1
  • (2) DE 37 05 089 C1(2) DE 37 05 089 C1
  • (3) DE 39 04 516 C1(3) DE 39 04 516 C1
  • (4) DE 41 25 779 C1
    offenbart. Diese beschreiben im wesentlichen das Grundprinzip und den Aufbau.
    (4) DE 41 25 779 C1
    disclosed. These essentially describe the basic principle and the structure.

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 zu versehen, 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 to provide complementary teeth 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.

Bei Drehfeldmaschinen, insbesondere Asynchronmaschinen, welche ebenfalls aus Rotor und Stator aufgebaut sind, wobei der Stator vorzugsweise auf einem größeren Durchmesser in radialer Richtung betrachtet als der Rotor angeordnet ist, entzieht sich der Rotor einer intensiven Kühlung, sofern nicht extern ein kühlendes Gas, beispielsweise Luft oder Stickstoff, oder eine Flüssigkeit, wie zum Beispiel Wasser oder Öl, zugeführt werden. Es ist allgemein bekannt, daß bei Traktionsantrieben größerer Leistung mit Drehfeldmaschinen sich bisher die Durchzugsbelüftung durchgesetzt hat. Bei kleineren Baugrößen bleibt somit die Kühlung des Rotors und damit auch des Statorwickelkopfes jedoch unbefriedigend. Zur Lösung dieses Problemes wird vorgeschlagen, das Bewegen der Luft im Stirnraum zu verbessern und einen internen Luftkreislauf zwischen Statorblechpaket und Rotorblechpaket zu realisieren, um die Kühlung zu verbessern. Bei dieser Lösung wird nur die in der elektrischen Maschine eingeschlossene Luft bewegt. Wärmeinhalt und Wärmeübergang führen jedoch zu keiner spürbaren Verbesserung.In induction machines, especially asynchronous machines, which also are made up of rotor and stator, the stator preferably on considered a larger diameter in the radial direction than the rotor is arranged, the rotor evades intensive cooling, if not externally a cooling gas, for example air or nitrogen, or a Liquid such as water or oil can be supplied. It is generally known that with traction drives with greater performance So far, induction machines have prevailed. At Smaller sizes thus remain the cooling of the rotor and thus the Stator winding head unsatisfactory. To solve this problem proposed to improve the movement of air in the forehead area and a internal air circuit between the stator core and the rotor core realize to improve cooling. With this solution, only the in air trapped in the electrical machine moves. Heat content and However, heat transfer does not lead to any noticeable improvement.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Kühlanordnung allgemein für eine Wechselstrommaschine derart auszuführen, daß neben der Gewährleistung einer wirkungsvollen Kühlung der Wechselstrommaschine, insbesondere des Rotors als besonders stark beanspruchtes Bauteil, ein geringer konstruktiver und kostenmäßiger Aufwand zu verzeichnen ist.The invention has for its object a general cooling arrangement for run an AC machine such that in addition to the Ensuring effective cooling of the AC machine, especially the rotor as a particularly heavily stressed component less constructive and costly effort is recorded.

Die erfindungsgemäße Lösung ist durch die Merkmale der Ansprüche 1, 2 und 7 charakterisiert. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen beschrieben.The solution according to the invention is characterized by the features of claims 1, 2 and 7 characterized. Advantageous configurations are in the Subclaims described.

Bei Ausführungen von Wechselstrommaschinen mit einem Rotor und einem Stator, welche wenigstens jeweils wenigstens einen radial inneren und/oder radial äußeren Zwischenraum miteinander bilden, insbesondere Transversalflußmaschinen, bei welchen Einrichtungen zur Kühlung des Stators vorgesehen sind, werden erfindungsgemäß die nicht direkt kühlbaren Bereiche des Rotors mittels eines aufgrund von Zerstäubung entstehenden Kühlmittel-Luftgemisches gekühlt. Dazu wird die Wechselstrommaschine, insbesondere die Transversalflußmaschine derart teilbefüllt, so daß sich zumindest in Einbaulage unterhalb der Rotorachse im mathematischen Sinn im Nichtbetrieb ein Kühlmittelsumpf derart ausbildet, daß bei Betrieb der Wechselstrommaschine durch die Rotorrotation das Kühlmittel teilweise mitgerissen und zerstäubt wird und die zerstäubten Partikel in wenigstens einen der Zwischenräume und damit in den Bereich des Rotors gelangen. Vorzugsweise erfolgt die Befüllung derart, daß sich im radial äußeren auch als Luftspalt bezeichneten Zwischenraum in Einbaulage zwischen Rotor und Stator betrachtet unterhalb der Rotorachse im mathematischen Sinn ein Kühlmittelsumpf ausbildet. Im Betrieb der Wechselstrommaschine wird das Kühlmittel durch die Rotorrotation mitgerissen und aufgrund der dadurch auf das Kühlmittel wirkenden Kräfte zerstäubt. Es entsteht im wesentlichen in Abhängigkeit von der Drehzahl der Rotorwelle und des Füllungsstandes 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- Luftgemisch übernimmt im wesentlichen nur den Wärmetransport, weshalb keine zusätzlichen Einrichtungen zur Kühlung des Kühlmittels vorgesehen werden müssen und eine einmalige Teilbefüllung mit Kühlmittel, welches im Inneren der Wechselstrommaschine verbleibt, ausreicht.For versions of AC machines with one rotor and one Stator, which each have at least one radially inner and / or  form radially outer space with each other, 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 installation position below the rotor axis in the mathematical sense forms a coolant sump in non-operation such that when the AC machine through the rotor rotation partially the coolant entrained and atomized and the atomized particles in at least one of the gaps and thus get into the area of the rotor. The filling is preferably carried out in such a way that in the radially outer direction also as Air gap designated clearance between rotor and Stator viewed below the rotor axis in a mathematical sense Forms coolant sump. In the operation of the alternating current machine that becomes 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 takes over only 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.

Die Zwischenräume zwischen dem Rotor und dem Stator werden hinsichtlich ihrer radialen Lage ausgehend von der theoretischen Symmetrie- bzw. der Achse definiert, welche der Rotationsachse des Rotors entspricht. The gaps between the rotor and the stator are regarding their radial position based on the theoretical symmetry or Axis defines which corresponds to the axis of rotation of the rotor.  

Vorzugsweise wird als Kühlmittel mit geringer Viskosität, d. h. mit einer geringen inneren Reibung infolge von Kraftwirkungen zwischen den Molekülen verwendet, beispielsweise in Form von niederviskosen Öl.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 Korrosionsschutzes 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 bei Wechselstrommaschinen mit einem radial innen und einem radial außen angeordneten Zwischenraum zwischen Rotor und Stator eine Teilbefüllung gewählt, welche im Nichtbetrieb der Wechselstrommaschine einen Kühlmittelspiegel in einer Höhe ermöglicht, welche im Bereich des bzw. der bezogen auf die Rotorachse radial innen liegenden Zwischenräume zwischen Rotor und Stator liegt. Diese Zwischenräume werden auch als Luftspalten bezeichnet. Eine Befüllung mit einem höheren Kühlmittelspiegel ist ebenfalls denkbar.Preferably in AC machines with a radially inside and a radially outer space between the rotor and stator a partial filling selected, which when the AC machine is not in operation enables a coolant level at a height that is in the area of the of the gaps located radially on the inside in relation to the rotor axis lies between the rotor and the stator. These spaces are also called Called air gaps. It is filled with a higher coolant level also conceivable.

Die erfindungsgemäße Lösung ist bei Wechselstrommaschinen unterschiedlichsten Aufbaus anwendbar. Diese ist daher sowohl bei Wechselstrommaschinen, die nach dem Transversalflußprinzip, als auch bei Wechselstrommaschinen, die nach dem Drehfeldprinzip arbeiten, einsetzbar. Des weiteren ist die Anwendbarkeit unabhängig vom Aufbau und somit insbesondere bei Transversalflußmaschinen mit im wesentlichen symmetrischen Aufbau, d. h. mit einem Rotor mit sich beidseitig von einer zentralen Trägerscheibe in axialer Richtung erstreckenden Polstrukturen als auch bei Ausführungen mit nur einer Polstruktur einsetzbar.The solution according to the invention is for AC machines different structures applicable. This is therefore both at AC machines operating on the transverse flow principle, as well AC machines that work on the rotating field principle can be used. Furthermore, the applicability is independent of the structure and thus especially in transverse flux machines with essentially symmetrical structure, d. H. with a rotor with both sides of one central support plate in the axial direction extending pole structures as Can also be used for versions with only one pole structure.

Auch müssen nicht unbedingt zwei in radialer Richtung übereinander angeordnete Luftspalte vorgesehen sein, einer genügt, d. h. entweder ein radial äußerer Luftspalt oder ein radial innerer Luftspalt. Entscheidend ist lediglich, daß der Kühlmittelspiegel wenigstens im Bereich des Rotors liegt, wobei der Rotor auch mit einem Teilbereich in Umfangsrichtung vollständig in den Kühlmittelsumpf eintauchen kann.Also, two need not necessarily be one above the other in the radial direction arranged air gaps are provided, one is sufficient, d. H. either a radially outer air gap or a radially inner air gap. Is crucial  only that the coolant level is at least in the area of the rotor, the rotor also with a partial area in the circumferential direction completely in can immerse the coolant sump.

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 ist dann bereits auch die Teilbefüllung in Kombination mit einer einfachen Statorkühlung ausreichend.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 is then also partial filling in combination with a simple stator cooling 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:

  • - Beispielsweise ist es denkbar, im Stator in der Nähe der Trägerscheibe wenigstens einen Kühlkanal vorzusehen, welcher von einem Kühlfluid durchströmbar ist, wobei der Kühlkanal von der Trägerscheibe nur durch eine Kanalabdeckung minimaler Dicke und den Zwischenraum zwischen Rotor und Stator abgetrennt ist. - For example, it is conceivable 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 einer speziellen Ausführungsform kann der Kühlkanal axial verlaufen und in eine Distanzscheibe eingebaut sein, welche zwischen einem Paar von Statorabschnitten angeordnet ist. Die Distanzscheibe ist symmetrisch in radialer Richtung gegenüberliegend zur Trägerscheibe angeordnet und gegenüber den Statorabschnitten thermisch isoliert. Die Distanzscheibe besteht vorzugsweise aus einem Material, welches magnetisch passiv ist und eine gute Wärmeleitfähigkeit besitzt. Sie weist auf beiden Seiten des Kühlkanales im wesentlichen radial verlaufende breitflächige Hohlräume auf, welche eine thermische Isolierung gegenüber den benachbarten Bereichen des Stators bilden. Die Hohlräume können mit Luft oder anderen Isolationsmaterialen gefüllt sein.- 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.
  • - Des weiteren kann der Kühlkanal im Grundkörper des Stators angeordnet sein.- Furthermore, the cooling channel in the base body of the stator be arranged.
  • - Denkbar ist eine Ausführung, bei welcher die Trägerscheibe und die im Bereich der Kühlkanäle gegenüberliegenden Bereiche des Stators mit zueinander komplementären Verzahnungen zu versehen, die im wesentlichen parallel zueinander verlaufende Flächen aufweisen und durch einen Luftspalt voneinander getrennt sind.- An embodiment is conceivable in which the carrier disk and the 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.
  • - Anstatt oder zusätzlich zu den vorstehend aufgeführten Beispielen ist die Bauform des Rotors derart modifiziert, daß der Rotor an der Trägerscheibe befestigt mindestens eine Polstruktur aufweist, bei welcher die ringförmigen Anordnungen aus wechselweise magnetisierbaren Magneten und Weicheisenelementen durch einen Isolierring aus magnetisch passiven und elektrisch nicht leitendem Material verbunden sind. In diesen Isolierring sind in Umfangsrichtung Speicherzellen eingearbeitet, welche mit Phasenübergangsmaterial gefüllt sind, dessen Schmelzpunkt unterhalb einer vorgegebenen Temperatur liegt.
    Bezüglich weiterer möglicher Maßnahmen wird auf die DE 43 35 848 A1 verwiesen, deren Offenbarungsgehalt für mögliche Kombinationen der erfindungsgemäßen Lösung mit bekannten Kühlanordnungen voll umfänglich in diese Anmeldung mit einbezogen werden soll.
    - 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 annular arrangements of alternately magnetizable magnets and soft iron elements by an insulating ring made of magnetically passive and electrically non-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 ist es lediglich erforderlich, der Wechselstrommaschine jeweils nur Mittel zur Realisierung der Teilbefüllung zuzuordnen. Die Teilbefüllung kann sich dabei
In terms of device, it is only necessary to assign the AC machine only means for realizing the partial filling. The partial filling may change

  • 1) allein nur auf die Zwischenräume zwischen Rotor und Stator bzw. Rotor und Statorgrundkörper oder aber1) solely on the spaces between the rotor and stator or rotor and stator body or
  • 2) generell auf das den im Statorgrundkörper gelagerten Stator umschließende Statorgehäuse oder2) generally on the stator mounted in the stator body enclosing stator housing or
  • 3) die Zwischenräume zwischen Rotor und Gehäuse beziehen.3) cover the spaces between the rotor and housing.

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

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 einfachste Art der Realisierung der Teilfüllung besteht darin, den Kühlmittelsumpf derart auszubilden, daß der Stator in diesem Bereich vollständig eintaucht und somit auch der radial äußere Zwischenraum zwischen Stator und Rotor teilweise befüllt wird. In einer bevorzugten Ausführung erfolgt auch hier die Befüllung derart, daß auch der Rotor zum Teil in den Kühlmittelsumpf eintaucht. Das teilweise Eintauchen des Rotors bietet den Vorteil, daß auch bei geringen Drehzahlen bereits ein entsprechender Kühleffekt erzielt werden kann, während bei Vorsehen des Kühlmittelsumpfspiegels in einem geringen Abstand zum Außenumfang des Rotors sich der Kühleffekt erst bei erhöhter Drehzahl einstellt.The simplest way of realizing partial filling is to use the Form coolant sump such that the stator in this area completely immersed and thus also the radially outer space between the stator and rotor is partially filled. In a preferred one Execution is also carried out here in such a way that the rotor for Immersed part in the coolant sump. The partial immersion of the rotor offers the advantage that even at low speeds corresponding cooling effect can be achieved, while with the provision of Coolant sump level at a short distance from the outer circumference of the The cooling effect only sets in at an increased speed.

Taucht der Stator zum Teil wenigstens teilweise unterhalb der theoretischen Rotorachse in den Kühlmittelsumpf ein, wird dieser vorzugsweise mit entsprechenden Kanälen versehen, die im Zusammenwirken mit weiteren, im Rotor vorgesehenen Kanälen einen sogenannten inneren Kreislauf zusätzlich zur Flüssigkeitsnebelkühlung bilden. Die entsprechenden Kanäle sind dabei im Rotor vorzugsweise im unmittelbaren Bereich des Außenumfanges des Rotors angeordnet und erstrecken sich vorzugsweise in irgendeiner Form über die axiale Erstreckung des Rotors. Der innere Kreislauf bietet dabei den Vorteil, das Kühlmittel in axialer Richtung betrachtet von einer Seite zur anderen Stirnseite des Stators bzw. des Rotors zu führen und gleichzeitig zusätzlich durch den inneren Kreislauf eine zusätzliche Rotorkühlung zu ermöglichen.The stator is partially submerged at least partially below the theoretical Rotor axis in the coolant sump, this is preferably with corresponding channels provided, which in cooperation with other, in In addition, the rotor provided channels with a so-called inner circuit form for liquid mist cooling. The corresponding channels are included in the rotor preferably in the immediate area of the outer circumference of the Rotors arranged and preferably extend in some form about the axial extent of the rotor. The inner cycle offers that Advantage, the coolant viewed in the axial direction from one side to the other end of the stator or the rotor and at the same time additional rotor cooling due to the internal circuit enable.

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 suitable for combination with the partial filling possibilities for rotor cooling,

Fig. 6 eine vereinfachte Darstellung eines Axialschnittes einer Drehstrom-Asynchronmaschine mit erfindungsgemäßer Teilbefüllung. Fig. 6 is a simplified representation of an axial section of a three-phase asynchronous machine with partial filling according to the invention.

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 di und der Außendurchmesser da des Rotors 2 ist derart zu den Abmessungen der Statorteile 28 und 29 bzw. 30 und 31 gewählt, daß zwischen Rotor und Stator auch als Luftspalt 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.

Die Fig. 6 verdeutlicht in schematisch vereinfachter Darstellung einen Axialschnitt durch eine Wechselstrommaschine in Form einer Drehstrom- Asynchronmaschine mit erfindungsgemäßer Teilbefüllung. Die Drehstrom- Asynchronmaschine umfaßt einen Stator 51 und einen Rotor 52, wobei der Stator 51 dem Rotor 52 in Umfangsrichtung wenigstens teilweise unter Entstehung eines Zwischenraumes 53 umschließt. Der Stator 51, welcher auch Primärteil genannt wird, umfaßt eine Drehstromwicklung 54, während der Rotor 52 mit einer sogenannten Kurzschlußwicklung 55 versehen ist. Die Leistung wird mittels des im Stator erzeugten Drehfelds auf den asynchron rotierenden Rotor 52 übertragen. Stator 51 und Rotor 52 sind in einem Gehäuse 56 angeordnet. In Einbaulage unterhalb der theoretischen Rotorachse ARtheoretisch, welche gleichzeitig der Rotationsachse des Rotors entspricht, bildet sich durch Teilbefüllung im Nichtbetrieb ein Kühlmittelsumpf 57 aus. Der Kühlmittelsumpf 57 erstreckt sich dabei in axialer Richtung betrachtet von einem sogenannten vorderen Stirnraum 58 zu einem hinteren Stirnraum 59. Der Kühlmittelsumpfspiegel 60 im Nichtbetrieb ist vorzugsweise im Bereich des Außenumfanges 61 des Rotors vorgesehen, wobei vorzugsweise der Rotor 52 im Nichtbetrieb in den Kühlmittelsumpf 57 zum Teil eintaucht. Der Stator 51 ist ebenfalls in Einbaulage betrachtet unterhalb der Rotorachse ARtheoretisch von Kühlmittel umgeben und der Zwischenraum 53 unterhalb der theoretischen Rotorachse ARtheoretisch ist ebenfalls über einen Teil in Umfangsrichtung mit Kühlmittel befüllt. Während des Betriebes der Asynchronmaschine, d. h. bei Rotation des Rotors 52 wird das Kühlmittel aus dem Kühlmittelsumpf 57 mitgerissen und im Zwischenraum 53 zerstäubt. Es bildet sich somit sowohl im Zwischenraum 53, als auch in den stirnseitigen Bereichen 58 und 59, welche durch die Stirnseiten von Rotor 52, Stator 51 und Gehäuse 56 gebildet werden, ein Flüssigkeitsnebel aus, welcher die Kühlfunktion, wie bereits für die Ausführung entsprechend der Fig. 1 hinreichend beschrieben, erfüllt, aus. Des weiteren sind bei der vorliegenden Ausführung zusätzliche Kanäle im Rotor und im Stator vorgesehen, welche hier mit 62 und 63 bezeichnet sind. Die im Stator 51 angeordneten Kanäle 62 sind vorzugsweise im Bereich des Außenumfanges 64 des Stators 51 angeordnet. Diese erstrecken sich von jeweils einer Stirnseite zur gegenüberliegenden Stirnseite des Stators 51 in Einbaulage. Die Länge der Kanäle, ihre Auslegung sowie ihre Führung liegt im Ermessen des Fachmannes. Vorzugsweise wird jedoch eine Kanalführung angestrebt, welche eine minimale Länge zwischen den beiden Stirnseiten beschreibt. Im Stator 51 ist wenigstens ein Kanal 62 vorzusehen. Im Rotor 52 sind eine Vielzahl in Umfangsrichtung verteilt angeordnete Kanäle 63 vorgesehen. Vorzugsweise sind mehrere Kanäle 63 auf einem gemeinsamen Durchmesser bezogen auf die theoretische Rotorachse ARtheoretisch angeordnet. Auch diese Kanäle 63 erstrecken sich über die gesamte axiale Erstreckung des Rotors 52 zwischen den beiden Stirnseiten des Rotors. Auch hier liegt die Auslegung hinsichtlich Größe, Verlauf und Abstand zur theoretischen Rotorachse ARtheoretisch im Ermessen des Fachmannes. Aufgrund der Rotorrotation bildet sich zwischen den Kanälen 62 und 63 in Abhängigkeit von der Drehrichtung des Rotors 52 ein sogenannter innerer Kreislauf aus, welcher Flüssigkeit aus dem Kühlmittelsumpf 57 durch die Kanäle 52 im Stator 51 und die Kanäle 63 im Rotor 52 befördert und im Kreislauf führt. Dieser Effekt schafft eine zusätzliche Kühlmöglichkeit für den Rotor. Es besteht dabei die Möglichkeit, bei bereits erhältlichen Asynchronmaschinen, welche zum Zwecke der Kühlung entsprechende Bohrungen im Rotor und im Stator enthalten und diese zur Realisierung eines internen Luftkreislaufes nutzen, ohne Veränderung dieser Kanäle für den internen Kühlmittelkreislauf zu verwenden. Fig. 6 illustrates in a schematically simplified view of an axial section of an alternator in the form of a three-phase asynchronous machine with the inventive partial load. The three-phase asynchronous machine comprises a stator 51 and a rotor 52 , the stator 51 at least partially enclosing the rotor 52 in the circumferential direction with the formation of a space 53 . The stator 51 , which is also called the primary part, comprises a three-phase winding 54 , while the rotor 52 is provided with a so-called short-circuit winding 55 . The power is transferred to the asynchronously rotating rotor 52 by means of the rotating field generated in the stator. Stator 51 and rotor 52 are arranged in a housing 56 . In the installed position below the theoretical rotor axis A R theoretically , which at the same time corresponds to the axis of rotation of the rotor, a coolant sump 57 is formed by partial filling when not in operation. The coolant sump 57 extends, viewed in the axial direction, from a so-called front end space 58 to a rear end space 59 . The coolant sump mirror 60 in non-operation is preferably provided in the region of the outer periphery 61 of the rotor, wherein preferably the rotor 52 is immersed in the non-operation into the coolant sump 57 partly. The stator 51 is also, viewed in the installed position, surrounded by coolant below the rotor axis A R theoretically, and the intermediate space 53 below the theoretical rotor axis A R theoretically is also filled with coolant over a part in the circumferential direction. During the operation of the asynchronous machine, ie when the rotor 52 rotates, the coolant is entrained from the coolant sump 57 and atomized in the intermediate space 53 . A liquid mist is thus formed both in the intermediate space 53 and in the end regions 58 and 59 , which are formed by the end sides of the rotor 52 , stator 51 and housing 56 , which, as already for the embodiment according to FIG Fig. 1 sufficiently described, fulfilled, from. Furthermore, in the present embodiment, additional channels are provided in the rotor and in the stator, which are denoted here by 62 and 63 . The channels 62 arranged in the stator 51 are preferably arranged in the area of the outer circumference 64 of the stator 51 . These extend from one end face to the opposite end face of the stator 51 in the installed position. The length of the channels, their design and their management are at the discretion of the specialist. However, a channel guide is preferably sought which describes a minimum length between the two end faces. At least one channel 62 is to be provided in the stator 51 . A plurality of channels 63 arranged distributed in the circumferential direction are provided in the rotor 52 . A plurality of channels 63 are preferably arranged on a common diameter in relation to the theoretical rotor axis A R theoretically. These channels 63 also extend over the entire axial extent of the rotor 52 between the two end faces of the rotor. Here too, the design, in terms of size, shape and distance from the theoretical rotor axis A, is at the discretion of the person skilled in the art. Because of the rotor rotation, a so-called inner circuit is formed between the channels 62 and 63 depending on the direction of rotation of the rotor 52 , which transports liquid from the coolant sump 57 through the channels 52 in the stator 51 and the channels 63 in the rotor 52 and leads it in the circuit . This effect creates an additional cooling option for the rotor. It is possible to use asynchronous machines which are already available and which contain appropriate bores in the rotor and stator for the purpose of cooling and which use these to implement an internal air circuit without changing these channels for the internal coolant circuit.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist hinsichtlich seiner Anwendbarkeit nicht auf eine bestimmte Funktionsweise der Wechselstrommaschine sowie einen bestimmten Aufbau beschränkt. Es ist lediglich sicherzustellen, daß im Bereich des Außenumfanges des Rotors ein Kühlmittelsumpf vorhanden ist, aus welchem aufgrund der Rotorrotation Kühlflüssigkeit bzw. Kühlmittel mitgerissen und somit zerstäubt wird.The method according to the invention is not applicable in terms of its applicability to a specific mode of operation of the AC machine and one certain structure limited. It is only necessary to ensure that in A coolant sump is present in the area of the outer circumference of the rotor, from which due to the rotor rotation coolant or coolant carried away and thus atomized.

Claims (13)

1. Verfahren zur Kühlung einer Wechselstrommaschine mit einem Rotor und einem Stator, welche wenigstens jeweils einen radial inneren und/oder einen radial äußeren Zwischenraum miteinander bilden;
  • 1.1 bei welchem wenigstens ein Teilbereich des Stators gekühlt wird;
  • 1.2 bei welchem die Wechselstrommaschine zusätzlich derart mit einem Kühlmittel teilweise befüllt wird, daß
    • 1.2.1 sich im Nichtbetrieb in Einbaulage ein Kühlmittelsumpf bildet, dessen Spiegel sich wenigstens im Bereich des unterhalb der Symmetrieachse der Wechselstrommaschine liegenden äußeren Zwischenraumes zwischen Rotor und Stator oder Rotor einstellt und
    • 1.2.2 bei Betrieb der Wechselstrommaschine durch die Rotorrotation das Kühlmittel im Zwischenraum zerstäubt wird.
1. A method for cooling an alternating current machine with a rotor and a stator, which each form at least one radially inner and / or one radially outer intermediate space;
  • 1.1 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 area of the outer intermediate space between the rotor and the stator or rotor below the axis of symmetry of the alternating current machine and
    • 1.2.2 the coolant is atomized in the intermediate space during operation of the AC machine by the rotor rotation.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Spiegel des Kühlmittels sich im Bereich des radial inneren Zwischenraumes zwischen Rotor und Stator einstellt.2. The method according to claim 1, characterized in that the mirror of the coolant in the area of the radially inner space between rotor and stator. 3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß lediglich der Zwischenraum zwischen einem, den Stator tragenden Grundkörper, dem Stator und dem Rotor befüllt wird.3. The method according to any one of claims 1 to 2, characterized in that that only the space between one carrying the stator Base body, the stator and the rotor is filled. 4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein, den Stator umschließendes Gehäuse, dessen Innenraum mit den zwischen Rotor und Stator gebildeten Zwischenräumen gekoppelt ist, befüllt und das Kühlmittel in den Zwischenraum zwischen Rotor- und Stator geleitet wird. 4. The method according to any one of claims 1 to 3, characterized in that a housing enclosing the stator, the interior of which the spaces formed between the rotor and stator coupled is filled and the coolant in the space between the rotor and Stator is directed.   5. Verfahren zur Kühlung einer Wechselstrommaschine mit einem, in einem Gehäuse angeordneten Rotor und Stator, wobei der Rotor mit dem Stator sowie der Rotor mit dem Gehäuse wenigstens jeweils einen Zwischenraum miteinander bilden;
  • 5.1 bei welchem wenigstens ein Teilbereich des Stators gekühlt wird;
  • 5.2 bei welchem die Wechselstrommaschine zusätzlich derart mit einem Kühlmittel teilweise befüllt wird, daß
    • 5.2.1 sich im Nichtbetrieb in Einbaulage ein Kühlmittelsumpf bildet, dessen Spiegel sich wenigstens im Bereich des unterhalb der Symmetrieachse der Wechselstrommaschine liegenden Zwischenraumes zwischen Rotor und Gehäuse einstellt und
    • 5.2.2 bei Betrieb der Wechselstrommaschine durch die Rotorrotation das Kühlmittel im Zwischenraum zerstäubt wird.
5. A method for cooling an AC machine with a rotor and stator arranged in a housing, the rotor with the stator and the rotor with the housing each forming at least one intermediate space with one another;
  • 5.1 in which at least a portion of the stator is cooled;
  • 5.2 in which the alternating current machine is additionally partially filled with a coolant in such a way that
    • 5.2.1 a coolant sump is formed in the non-operating position in the installed position, the mirror of which adjusts itself at least in the area of the space between the rotor and housing below the axis of symmetry of the AC machine and
    • 5.2.2 when the AC machine is operated, the coolant is atomized in the intermediate space by the rotor rotation.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß als Kühlflüssigkeit ein Öl mit geringer Viskosität verwendet wird.6. The method according to any one of claims 1 to 6, characterized in that an oil with a low viscosity is used as the cooling liquid. 7. Wechselstrommaschine, insbesondere Transversalflußmaschine
  • 7.1 mit einem Rotor;
  • 7.2 mit einem Stator;
  • 7.3 mit wenigstens einer Kühleinrichtung, die dem Stator zugeordnet ist;
  • 7.4 Rotor und Stator und/oder Rotor und Gehäuse bilden in radialer Richtung wenigstens jeweils einen inneren und einen äußeren Zwischenraum;
    gekennzeichnet durch das folgende Merkmal:
  • 7.5 es sind Mittel zur Befüllung wenigstens eines Teilbereiches der Zwischenräume mit einem Kühlmittel vorgesehen.
7. AC machine, especially transverse flux machine
  • 7.1 with a rotor;
  • 7.2 with a stator;
  • 7.3 with at least one cooling device which is assigned to the stator;
  • 7.4 rotor and stator and / or rotor and housing form at least one inner and one outer space in the radial direction;
    characterized by the following characteristic:
  • 7.5 means are provided for filling at least a partial area of the intermediate spaces with a coolant.
8. Wechselstrommaschine nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zur Befüllung wenigstens eines Teilbereiches der Zwischenräume zwischen Rotor und Stator und/oder Rotor und Gehäuse wenigstens einen in einen mit dem Stator gekoppelten Grundkörper und diesem vorgesehenen und wenigstens indirekt mit einer Kühlmittelversorgungseinrichtung koppelbaren Kanal umfassen.8. AC machine according to claim 7, characterized in that that the means for filling at least a portion of the Gaps between rotor and stator and / or rotor and  Housing at least one in one coupled to the stator Basic body and this provided and at least indirectly with a coolant supply device can be coupled channel. 9. Wechselstrommaschine nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:
  • 9.1 mit einem, den Grundkörper umschließenden Gehäuse;
  • 9.2 die Mittel zur Befüllung der Zwischenräume umfassen einen mit dem Innenraum des Gehäuses verbundenen und verschließbaren an eine Kühlmitteleinrichtung koppelbaren Zuführkanal;
  • 9.3 der Zuführkanal ist über den Innenraum des Gehäuses mit dem im Grundkörper vorgesehenen Kanal gekoppelt.
9. AC machine according to claim 8, characterized by the following features:
  • 9.1 with a housing enclosing the base body;
  • 9.2 the means for filling the intermediate spaces comprise a feed channel connected to the interior of the housing and closable and connectable to a coolant device;
  • 9.3 the feed channel is coupled to the channel provided in the base body via the interior of the housing.
10. Wechselstrommaschine nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die dem Stator zugeordnete Kühleinrichtung wenigstens einen mit einem Kühlmedium befüllbaren und im Grundkörper angeordneten Kanal umfaßt.10. AC machine according to one of claims 7 to 9, characterized 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. 11. Wechselstrommaschine nach einem der Ansprüche 7 bis 10 gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale:
  • 11.1 der Rotor umfaßt eine Trägerscheibe und wenigstens eine sich in axialer Richtung von der Trägerscheibe weg erstreckende und an dieser angeordnete Polstruktur;
  • 11.2 es ist wenigstens ein Kühlkanal im Grundkörper in der Nähe der Trägerscheibe vorgesehen, welcher von einem Kühlmedium durchströmbar ist;
  • 11.3 jeder Kühlkanal ist von der Trägerscheibe nur durch eine Kanalabdeckung minimaler Dicke und den Zwischenraum zwischen Rotor und Stator getrennt.
11. AC machine according to one of claims 7 to 10 characterized by the following features:
  • 11.1 the rotor comprises a carrier disk and at least one pole structure which extends in the axial direction away from the carrier disk and is arranged thereon;
  • 11.2 there is at least one cooling channel in the base body in the vicinity of the carrier disk, through which a cooling medium can flow;
  • 11.3 each cooling channel is separated from the carrier disc only by a channel cover of minimal thickness and the space between the rotor and stator.
12. Wechselstrommaschine nach einem der Ansprüche 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Trägerscheibe und die im Bereich der Kühlkanäle gegenüberliegenden Bereiche des Stators mit ineinandergreifenden komplementären durch einen Luftspalt voneinander getrennten Zähnen versehen sind.12. AC machine according to one of claims 7 to 11, 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. 13. Wechselstrommaschine nach einem der Ansprüche 7 bis 12, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:
  • 13.1 jede Polstruktur umfaßt zwei nebeneinanderliegende, durch eine Zwischenlage aus magnetisch und elektrisch nicht leitenden Material (Zwischenring) getrennte Reihen aus in Umfangsrichtung wechselweise magnetisierten Magneten mit dazwischenliegenden Weicheisenelementen;
  • 13.2 in die Zwischenlage sind in Umfangsrichtung verteilt Speicherzellen eingearbeitet, welche mit einem Phasenübergangsmaterial gefüllt sind.
13. AC machine according to one of claims 7 to 12, characterized by the following features:
  • 13.1 each pole structure comprises two rows of juxtaposed rows of magnets, alternately magnetized in the circumferential direction, with an intermediate layer made of magnetically and electrically non-conductive material (intermediate ring);
  • 13.2 memory cells are incorporated into the intermediate layer, distributed in the circumferential direction, which are filled with a phase change material.
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