DE29621166U1 - AC machine, in particular transverse flux machine - Google Patents
AC machine, in particular transverse flux machineInfo
- Publication number
- DE29621166U1 DE29621166U1 DE29621166U DE29621166U DE29621166U1 DE 29621166 U1 DE29621166 U1 DE 29621166U1 DE 29621166 U DE29621166 U DE 29621166U DE 29621166 U DE29621166 U DE 29621166U DE 29621166 U1 DE29621166 U1 DE 29621166U1
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- stator
- rotor
- cooling
- alternating current
- base body
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
Links
- 230000004907 flux Effects 0.000 title claims description 18
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims description 50
- 239000002826 coolant Substances 0.000 claims description 23
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 239000012811 non-conductive material Substances 0.000 claims description 5
- 210000000352 storage cell Anatomy 0.000 claims description 5
- 230000000295 complement effect Effects 0.000 claims description 4
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 239000012782 phase change material Substances 0.000 claims description 2
- 125000006850 spacer group Chemical group 0.000 description 8
- 239000000463 material Substances 0.000 description 6
- 238000004804 winding Methods 0.000 description 6
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 5
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 4
- 239000012809 cooling fluid Substances 0.000 description 2
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 2
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 2
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 2
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 2
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 2
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 2
- BGAJNPLDJJBRHK-UHFFFAOYSA-N 3-[2-[5-(3-chloro-4-propan-2-yloxyphenyl)-1,3,4-thiadiazol-2-yl]-3-methyl-6,7-dihydro-4h-pyrazolo[4,3-c]pyridin-5-yl]propanoic acid Chemical compound C1=C(Cl)C(OC(C)C)=CC=C1C1=NN=C(N2C(=C3CN(CCC(O)=O)CCC3=N2)C)S1 BGAJNPLDJJBRHK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000000889 atomisation Methods 0.000 description 1
- 238000009835 boiling Methods 0.000 description 1
- 238000005266 casting Methods 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 239000000110 cooling liquid Substances 0.000 description 1
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 1
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 1
- 239000011810 insulating material Substances 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 239000003595 mist Substances 0.000 description 1
- 238000004381 surface treatment Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
- H02K9/00—Arrangements for cooling or ventilating
- H02K9/22—Arrangements for cooling or ventilating by solid heat conducting material embedded in, or arranged in contact with, the stator or rotor, e.g. heat bridges
- H02K9/227—Heat sinks
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
- H02K9/00—Arrangements for cooling or ventilating
- H02K9/19—Arrangements for cooling or ventilating for machines with closed casing and closed-circuit cooling using a liquid cooling medium, e.g. oil
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Motor Or Generator Cooling System (AREA)
- Nonmetallic Welding Materials (AREA)
Description
Wechselstrommaschine, insbesondere Transversalflußmaschine Die Erfindung betrifft eine Transversalflußmaschine.Alternating current machine, in particular transverse flux machine The invention relates to a transverse flux machine.
Elektrische Maschinen in Form von Wechselstrom maschinen, die nach dem Transversalflußprinzip arbeiten, sind in verschiedenen Ausführungen aus einer Vielzahl von Druckschriften, beispielsweiseElectrical machines in the form of alternating current machines that work according to the transverse flux principle are available in various designs from a variety of publications, for example
(1) DE 35 36 538 A1(1) DE 35 36 538 A1
(2) DE 37 05 089 C1
(3) DE 39 04 516 C1(2) DE 37 05 089 C1
(3) DE 39 04 516 C1
(4) DE 41 25 779 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 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.Alternating current machines that work according to the transverse flux principle comprise at least one stator with at least one armature winding and a rotor opposite the armature winding. The rotor consists of at least two ring elements arranged next to one another and separated by an intermediate layer made of magnetically and electrically non-conductive material, which have a large number of alternately arranged polarized magnets and soft iron elements in the circumferential direction. Such an arrangement of two ring elements forms a pole structure. Transverse flux machines are preferably constructed symmetrically. These then comprise two pole structures separated by a central carrier disk.
G 05505GM / Voith Turbo GmbH & Co. KG / Teilfüllung / ak/sp00090 / &Ogr;&bgr;. Dezember 1996G 05505GM / Voith Turbo GmbH & Co. KG / Partial filling / ak/sp00090 / &Ogr;&bgr;. December 1996
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 Ersetzbarkeit 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, heat is generated during operation in both the rotor and the stator due to the power losses caused by the windings and magnetic cores and by induced eddy currents. If suitable measures are not taken, this limits the load capacity, the duration of the load and thus also the replaceability of the AC machine. Situations in which such a machine operates at high load and, above all, at high speed are particularly critical.
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.To avoid this disadvantageous effect, it is generally known to connect the stator to cooling devices. In this way, heating of the machine and its components can be reduced.
Aus der DE 43 35 848 A1 sind eine Vielzahl von Möglichkeiten zur Verbesserung der Kühlwirkung bekannt, im einzelnen eine Kühlanordnung derart auszuführen, daß die Kühleinrichtungen mindestens einen Kühlkanal aufweisen, welcher im Bereich oder in der Nähe der Trägerscheibe in den Stator eingebaut und von einem Kühlfluid durchströmbar ist. Jeder Kühlkanal ist dabei von der Trägerscheibe nur durch eine Kanalabdeckung minimaler Dicke und den Luftspalt zwischen Rotor und Stator getrennt.From DE 43 35 848 A1, a number of possibilities for improving the cooling effect are known, in particular by designing a cooling arrangement in such a way that the cooling devices have at least one cooling channel, which is installed in the stator in the area or near the carrier disk and through which a cooling fluid can flow. Each cooling channel is separated from the carrier disk only by a channel cover of minimal thickness and the air gap between the rotor and stator.
Ebenfalls aus dieser Druckschrift bekannt, ist eine Ausführung mit axial verlaufendem Kühlkanal in einer Distanzscheibe, welche zwischen einem Paar von Statorabschnitten vorgesehen ist. Die 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 publication is a design with an axially running cooling channel in a spacer disk, which is provided between a pair of stator sections. The spacer disk is located radially opposite the carrier disk, is arranged symmetrically to the carrier disk and is thermally insulated from the stator sections. This consists of a material that is magnetically passive and has good thermal conductivity.
Eine weitere bekannte Möglichkeit zur Erhöhung der Wärmereduzierung besteht darin, die Trägerscheibe und die im Bereich der KühlkanäleAnother known possibility for increasing heat reduction is to heat the carrier disk and the cooling channels
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.
5opposite regions of the stator are provided with intermeshing complementary teeth which have surfaces substantially parallel to one another and are separated from one another by an air gap.
5
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 nichtleitendem 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 to use, either instead of the measures described above or in addition, a rotor which is attached to the carrier disk, has at least one pair of collector rings which are connected by an insulating ring made of magnetically passive and electrically non-conductive material, and in which storage cells filled with a phase transition material are incorporated into the insulating ring, distributed in the circumferential direction.
Die Wirkung dieser bekannten Maßnahmen kann durch eine geeignete Werkstoffauswahl und Oberflächenbehandlung erhöht werden.The effectiveness of these known measures can be increased by a suitable selection of materials and surface treatment.
Der Nachteil der bekannten Ausführungen besteht darin, daß große Kühleffekte nur mit hohem fertigungstechnischen Aufwand erzielt werden können. Die am stärksten beanspruchten und erwärmten Bereiche des Rotors können oft nicht optimal und vor allem nicht gleichmäßig gekühlt werden.The disadvantage of the known designs is that large cooling effects can only be achieved with a high level of manufacturing effort. The areas of the rotor that are subject to the greatest stress and heat often cannot be cooled optimally and, above all, not evenly.
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.Due to the design of the transverse flux machine, cooling of some areas of the rotor is only possible indirectly, in particular the connection points between the individual ring elements of a pole structure and/or the connection between the carrier disk and the pole structures. However, these are the areas that are most exposed to heating.
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 starkThe invention is based on the object of designing a cooling arrangement for an alternating current machine, in particular a transverse flux machine, in such a way that, in addition to ensuring effective cooling of the alternating current machine, in particular of the rotor as a particularly strong
beanspruchtes Bauteil, ein geringer konstruktiver und kostenmäßiger Aufwand zu verzeichnen ist.stressed component, a low construction and cost effort is recorded.
Die erfindungsgemäße Lösung ist durch die Merkmale des Anspruchs 1 charakterisiert. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen beschrieben.The solution according to the invention is characterized by the features of claim 1. Advantageous embodiments are described in the subclaims.
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-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.In designs of alternating current machines, in particular transverse flux machines, in which devices for cooling the stator are provided, the areas of the rotor that cannot be cooled directly are cooled according to the invention by means of a coolant-air mixture that is created by atomization. For this purpose, the alternating current machine, in particular the transverse flux machine, is partially filled in such a way that a coolant sump is formed in the mathematical sense at least in the radially outer space, also known as the air gap, in the installation position between the rotor and stator, below the rotor axis. When the alternating current machine, in particular the transverse flux machine, is operating, the coolant is entrained by the rotor rotation and atomized due to the forces acting on the coolant. A coolant-air mixture is created in the air gap between the rotor and stator, essentially depending on the speed of the rotor shaft and the filling level. This takes over the heat transport from the rotor to the stator, which is water-cooled, for example, through heat flow and heat transfer. The coolant-air mixture essentially only carries out 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 alternator, is sufficient.
G 05505GM / Voith Turbo GmbH 4 Co. KG / Teitfüllung / ak/sp00090 / 06. Dezember 1998G 05505GM / Voith Turbo GmbH 4 Co. KG / Part filling / ak/sp00090 / 06. December 1998
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, a coolant with low viscosity is used, i.e. with low internal friction due to forces acting between the molecules, 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 even in the critical areas, which could previously only be cooled insufficiently using conventional cooling arrangements. At the same time, the use of oil also offers the possibility of protecting the rotor against corrosion.
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.Preferably, a partial filling is selected which, when the alternator is not in operation, allows a coolant level at a height which is in the area of the gap(s) between the rotor and stator which are radially inward relative to the rotor axis. These gaps are also referred to as air gaps. Filling with a higher coolant level is also conceivable.
Die erfindungsgemäße Lösung ist bei Wechselstrommaschinen unterschiedlichsten Aufbaus anwendbar. Diese ist daher sowohl bei Wechselstrommaschinen, 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 can be used in alternating current machines of a wide variety of designs. It can therefore be used in alternating current machines, in particular transverse flux machines with a substantially symmetrical design, i.e. with a rotor with pole structures extending on both sides from a central carrier disk in the axial direction, as well as in designs with only one pole structure. It is also not necessary to provide two air gaps arranged one above the other in the radial direction; 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 an additional cooling measure in combination with conventional cooling measures for any type of AC machine. For low-power machines, partial filling in combination with simple stator cooling could 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.
5The selection of suitable combinations of the oil mist cooling according to the invention with conventional cooling arrangements for stator cooling is at the discretion of the person skilled in the art and depends on the specific application.
5
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. 10The stator can be cooled in different ways, directly or indirectly using different cooling media. In the simplest case, it is connected to appropriate cooling devices or coolant channels that can be filled with coolant are provided in the stator base body. 10
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, it is possible to combine the cooling of the rotor according to the invention with already known measures for cooling the rotor, in particular for local cooling of rotor sections.
Nachfolgend sind einige Beispiele genanntBelow are some examples
Beispielsweise ist es denkbar, im Stator in der Nähe der Trägerscheibe wenigstens einen Kühlkanal vorzusehen, welcher von einem Kühlfluid durchströmbar ist, wobei der Kühlkanal von der Trägerscheibe nur durch eine Kanalabdeckung minimaler Dicke und den Zwischenraum zwischen Rotor und Stator abgetrennt ist.For example, it is conceivable to provide at least one cooling channel in the stator near the carrier disk, through which a cooling fluid can flow, wherein the cooling channel is only separated from the carrier disk by a channel cover of minimal thickness and the space between the rotor and the 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.In a special embodiment, the cooling channel can run axially and be built into a spacer disk which is arranged between a pair of stator sections. The spacer disk is arranged symmetrically in the radial direction opposite the carrier disk and is thermally insulated from the stator sections. The spacer disk is preferably made of a material which is magnetically passive and has good thermal conductivity. It has essentially radially extending, wide-area cavities on both sides of the cooling channel, which form thermal insulation from the adjacent areas of the stator.
G 05505GM / Voith Turbo GmbH & Co. KG / Teilfüllung / ak/sp00090 / 06. Dezember 1998G 05505GM / Voith Turbo GmbH & Co. KG / Partial filling / ak/sp00090 / December 6, 1998
• · I· I
• ··
Die Hohlräume können mit Luft oder anderen Isolationsmaterialen gefüllt sein.The cavities can be filled with air or other insulating materials.
Des weiteren kann der Kühlkanal im Grundkörper des Stators angeordnet sein.Furthermore, the cooling channel can be arranged in the base body of the stator.
Denkbar ist eine Ausführung , bei welcher die Trägerscheibe und die im Bereich der Kühlkanäle gegenüberliegenden Bereiche des Stators mit zueinander komplementären Verzahnungen zu versehen, die im wesentlichen parallel zueinander verlaufende Flächen aufweisen und durch einen Luftspalt voneinander getrennt sind.A design is conceivable in which the carrier disk and the opposite areas of the stator in the area of the cooling channels are provided with mutually complementary toothings, which have surfaces running essentially parallel to one another and are separated from one another by an air gap.
Anstatt oder zusätzlich zu den vorstehend aufgeführten Beispielen ist die Bauform des Rotors derart modifiziert, daß der Rotor an 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.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 are connected by an insulating ring made of magnetically passive and electrically non-conductive material. Incorporated into this insulating ring in the circumferential direction are storage cells which are filled with phase transition material whose melting point is below a predetermined temperature.
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.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 fully included in this application.
Vorrichtungsmäßig sind der Wechselstrommaschine jeweils nur Mittel zur Realisierung der Teilbefüllung zuzuordnen. Die Teilbefüllung kann sich dabeiIn terms of the device, the AC machine can only be assigned means for realizing the partial filling. The partial filling can be
1) allein nur auf die Zwischenräume zwischen Rotor und Stator bzw. Rotor und Statorgrundkörper oder aber1) only on the gaps between the rotor and stator or between the rotor and stator body or
2) generell auf das den im Statorgrundkörper gelagerten Stator umschließende Statorgehäuse beziehen.2) generally refer to the stator housing enclosing the stator mounted in the stator base body.
Die erstgenannte Möglichkeit wird dabei vor allem bei Ausführungen von Wechselstrommaschinen, insbesondere Transversalflußmaschinen bevorzugt, welche zusätzliche Kühleinrichtungen am Statorgrundkörper aufweisen.The first option is preferred especially for designs of alternating current machines, especially transverse flux machines, which have additional cooling devices on the stator base 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 mitIn the second possibility, a coolant sump forms in the housing when partially filled, into which the stator base body is immersed. It is then necessary to provide options for allowing coolant to pass from the housing into the gaps. For example, through-openings in the stator base body are conceivable for this, which supply the housing interior with
den Zwischenräumen verbinden. *connect the spaces between them. *
Die erfindungsgemäße Lösung der Aufgabe wird nachfolgend anhand von
Figuren erläutert.
Es zeigen:
Figur 1 einen Ausschnitt aus einer Schnittdarstellung einerThe solution to the problem according to the invention is explained below with reference to figures.
Show it:
Figure 1 shows a section of a sectional view of a
Transversalflußmaschine mit erfindungsgemäßer Teilbefüllung; Figur 2-5 zusätzliche zur Kombination mit der Teilbefüllung geeigneteTransverse flux machine with partial filling according to the invention; Figure 2-5 additional suitable for combination with the partial filling
Möglichkeiten zur Rotorkühlung.Rotor cooling options.
Die Figur 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 ersteFigure 1 shows a sectional view of the structure of an alternating current 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 rotor shaft 5 mounted in a stator housing 4 with a central carrier disk 6 which is fixedly secured thereto in a rotationally fixed manner and extends essentially in the radial direction, on the front sides of which there are pole structures arranged coaxially to the rotor rotation axis A on both sides - a first
Polstruktur 7 und eine zweite Polstruktur 8 vorgesehen sind. Jede Polstruktur 7 bzw. 8 umfaßt zwei in axialer Richtung nebeneinander angeordnete und jeweils durch eine Zwischenlage 9 bzw. 10 aus magnetisch und elektrisch nicht leitendem Material getrennte Reihen 11 und 12 bzw. 13 und 14 aus in Umfangsrichtung wechselweise magnetisierten Magneten mit dazwischenliegenden Weicheisenelementen 16. Stirnseitig ist im dargestellten Fall jeder Polstruktur 7 bzw. 8 ein Endring 17 bzw. 18 zugeordnet.Pole structure 7 and a second pole structure 8 are provided. Each pole structure 7 or 8 comprises two rows 11 and 12 or 13 and 14, arranged next to one another in the axial direction and each separated by an intermediate layer 9 or 10 made of magnetically and electrically non-conductive material, of magnets alternately magnetized in the circumferential direction with soft iron elements 16 in between. In the case shown, an end ring 17 or 18 is assigned to the front side of each pole structure 7 or 8.
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 housed in the circumferential direction. These are surrounded by axially running cut strip cores 24, 25 or 26 and 27. The armature windings 20 and 22 form an inner stator part 28 or 29 with the associated cut strip cores 24 and 26 in relation to the installation position in the radial direction, and the armature windings 21 and 23 form an outer stator part 30 or 31 with the cut strip cores 25 and 27.
Der innere Durchmesser d, und der Außendurchmesser da des Rotors 2 ist derart zu den Abmessungen der Statorteile 28 und 29 bzw. 30 und 31 gewählt, daß zwischen Rotor und Stator auch als Luftspalt bezeichnete Zwischenräume ausgbildet sind. Ein erster Zwischenraum zwischen inneren Statorteil 28 und dem Rotor 2, ein zweiter Zwischenraum 33 zwischen innerem Statorteil 29 und ein dritter sowie vierter Zwischenraum 34 und 35 sind jeweils zwischen den äußeren Statorteilen 30 und 31 und dem Rotor 2 gebildet.The inner diameter d and the outer diameter d a of the rotor 2 are selected to match the dimensions of the stator parts 28 and 29 or 30 and 31 in such a way that gaps, also referred to as air gaps, are formed between the rotor and the stator. A first gap between the inner stator part 28 and the rotor 2, a second gap 33 between the inner stator part 29 and a third and fourth gap 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 Figur 1 dargestellt im Bereich der radialenThe transverse flux machine is assigned means for filling it with an operating medium, which are not shown in detail here. The filling takes place at least via a part of the outer spaces in the radial direction 34 and 35. However, the filling level of the coolant sump when not in operation is preferably in the area of the radial
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.Expansion of the inner gap is chosen. It is conceivable to fill only the gaps, i.e. the area between rotor 2 and base body 19. However, it is also possible to immerse part of base body 19 in a coolant sump, whereby connections to the gaps must be created 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 due to the forces acting on the coolant. Essentially, depending on the speed of the rotor shaft and the filling level, a coolant-air mixture is created in the spaces 32 to 35 between rotor 2 and stator 3. This takes over the heat transport from rotor 2 to the water-cooled stator, for example, through heat flow and heat transfer. The coolant-air mixture essentially only takes over 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 Figuren 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 Figures 2 to 5. These can be combined with the partial filling according to the invention. The same reference numerals are used for the same elements.
Figur 2 verdeutlicht eine Möglichkeit anhand einer Einzelheit aus Figur 1. 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 befestigtFigure 2 illustrates one possibility using a detail from Figure 1. This figure shows a spacer disk 42 which is arranged on the radially outer side of the base body 19 between the two stator parts 30 and 31 and is attached to the base body 19 with casting compound 43.
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.The spacer disk 42 has a wide cooling channel 44 in its radially inner area, which is only separated from the opposite area of the carrier disk 6 by the wall 45 of a channel cover 45. In this way, heat can be extracted from the carrier disk 6 in this area over the entire axial width of the spacer disk in the circumferential direction, the carrier disk 6 preferably being made 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 from the adjacent stator regions. This can be formed, for example, by a cavity.
Alternativ oder zusätzlich zum Kühlkanal 44 gemäß Figur 2 besteht die Möglichkeit, einen radial verlaufenden breitflächig ausgebildeten Kühlkanal 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.Alternatively or in addition to the cooling channel 44 according to Figure 2, it is possible to provide a radially extending, wide-area cooling channel which is opposite a corresponding area of the carrier disk 6 of the rotor 2. Here, the cooling channel 46 is located in an area with a small distance to the rotor shaft 5. In addition, the cooling effect can be supported by the carrier disk 6 and the base body 19 having complementary intermeshing 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 Figuren 4 und 5 dargestellt.Another special design of a rotor 2 for an alternating current machine is shown in Figures 4 and 5.
Figur 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 Figur 5 in einer Ansicht A entsprechend Figur 4 dargestellt, eine Vielzahl von über den Umfang verteilt angeordneten Speicherzellen 49. DieseFigure 4 illustrates a section of a sectional view through a rotor 2. Shown are the carrier disk 6 and the pole structure 8 with the two rows 10 and 11 separated from one another by an intermediate layer 9, but mechanically connected to one another. The intermediate layer 9 contains, as shown in Figure 5 in a view A corresponding to Figure 4, a large number of storage cells 49 distributed over the circumference. These
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.Storage cells contain a phase change material whose melting point or boiling point is below a predetermined temperature. In practice, this predetermined temperature is conveniently chosen so that it is below the critical temperature of the permanent magnets embedded in the pole structures.
Claims (7)
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE29621166U DE29621166U1 (en) | 1996-12-06 | 1996-12-06 | AC machine, in particular transverse flux machine |
| PCT/EP1997/006733 WO1998025331A1 (en) | 1996-12-06 | 1997-12-02 | Method for cooling an alternating current motor, notably a transverse flux motor and alternating current motor, in particular a transverse flux motor |
| EP97953731A EP0882322A1 (en) | 1996-12-06 | 1997-12-02 | Method for cooling an alternating current motor, notably a transverse flux motor and alternating current motor, in particular a transverse flux motor |
| DE19753261A DE19753261A1 (en) | 1996-12-06 | 1997-12-02 | AC machine esp transverse flux type |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE29621166U DE29621166U1 (en) | 1996-12-06 | 1996-12-06 | AC machine, in particular transverse flux machine |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE29621166U1 true DE29621166U1 (en) | 1998-04-09 |
Family
ID=8032901
Family Applications (2)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| DE29621166U Expired - Lifetime DE29621166U1 (en) | 1996-12-06 | 1996-12-06 | AC machine, in particular transverse flux machine |
| DE19753261A Ceased DE19753261A1 (en) | 1996-12-06 | 1997-12-02 | AC machine esp transverse flux type |
Family Applications After (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| DE19753261A Ceased DE19753261A1 (en) | 1996-12-06 | 1997-12-02 | AC machine esp transverse flux type |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| DE (2) | DE29621166U1 (en) |
Families Citing this family (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE19921452C1 (en) * | 1999-05-08 | 2000-11-30 | Daimler Chrysler Ag | Cooling device for rotary electrical machine has cooling ribs of rotor shaft enclosed by fluid-filled chamber with heat exchanger at one side having heat exchange surfaces projecting into cooling fluid chamber |
| DE10018470A1 (en) * | 2000-04-14 | 2001-10-25 | Bosch Gmbh Robert | Electrical machine e.g. AC generator for vehicle has internal cooling system integrated in closed housing for cooling of rotating and fixed components with liquid-gas mixture as cooling medium |
| DE10145447A1 (en) | 2001-09-14 | 2003-04-03 | Voith Turbo Kg | Method for cooling a synchronous machine with transverse flow guidance and synchronous machine with transverse flow guidance |
| US7868508B2 (en) | 2008-11-03 | 2011-01-11 | Motor Excellence, Llc | Polyphase transverse and/or commutated flux systems |
| CN102959832B (en) | 2010-03-15 | 2016-11-16 | 电扭矩机器股份有限公司 | Transverse and/or commutated flux systems with phase offset |
| EP2548288A1 (en) | 2010-03-15 | 2013-01-23 | Motor Excellence, LLC | Transverse and/or commutated flux systems configured to provide reduced flux leakage, hysteresis loss reduction, and phase matching |
| EP2548287A1 (en) | 2010-03-15 | 2013-01-23 | Motor Excellence, LLC | Transverse and/or commutated flux system for electric bicycles |
| US8952590B2 (en) | 2010-11-17 | 2015-02-10 | Electric Torque Machines Inc | Transverse and/or commutated flux systems having laminated and powdered metal portions |
| WO2012067893A2 (en) | 2010-11-17 | 2012-05-24 | Motor Excellence, Llc | Transverse and/or commutated flux systems having segmented stator laminations |
| WO2012067895A2 (en) | 2010-11-17 | 2012-05-24 | Motor Excellence, Llc | Transverse and/or commutated flux system coil concepts |
-
1996
- 1996-12-06 DE DE29621166U patent/DE29621166U1/en not_active Expired - Lifetime
-
1997
- 1997-12-02 DE DE19753261A patent/DE19753261A1/en not_active Ceased
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| DE19753261A1 (en) | 1998-06-18 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| DE4335848C2 (en) | Cooling arrangement for a transverse flux machine | |
| DE112008001905T5 (en) | Rotating electrical machine | |
| EP4320709A1 (en) | Stator of an electric axial flux machine, and axial flux machine | |
| WO2016062438A1 (en) | Electric machine designed as a disc-rotor comprising a cooling channel arrangement | |
| DE3313747C2 (en) | Electric machine | |
| WO2019110271A1 (en) | Electric machine, in particular for a vehicle | |
| WO2019110275A1 (en) | Electrical machine, in particular for a vehicle | |
| DE19743906A1 (en) | Wheel drive device | |
| DE102017210778A1 (en) | Electric machine, in particular for a vehicle | |
| DE29621166U1 (en) | AC machine, in particular transverse flux machine | |
| DE102014205034A1 (en) | Stator unit for an electric machine and electric machine | |
| DE3524162C2 (en) | ||
| DE3009470C2 (en) | Discharge resistance | |
| DE19650572A1 (en) | Procedure for cooling AC machine esp transversal flux machine | |
| WO1992018344A1 (en) | Electric motor | |
| DE19753320A1 (en) | AC machine esp transverse flux type | |
| DE10145447A1 (en) | Method for cooling a synchronous machine with transverse flow guidance and synchronous machine with transverse flow guidance | |
| EP1869757B1 (en) | Primary part of a linear motor and linear motor therewith | |
| EP0604646A1 (en) | Electric machine | |
| DE3606207C2 (en) | ||
| EP0882322A1 (en) | Method for cooling an alternating current motor, notably a transverse flux motor and alternating current motor, in particular a transverse flux motor | |
| EP4084288B1 (en) | Coil module for an electric machine | |
| EP3813237B1 (en) | Coil module for an electric machine | |
| DE102004008688B4 (en) | linear motor | |
| DE102009044945A1 (en) | Pole-changing electrical machine |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| R207 | Utility model specification |
Effective date: 19980520 |
|
| R150 | Utility model maintained after payment of first maintenance fee after three years |
Effective date: 20000308 |
|
| R151 | Utility model maintained after payment of second maintenance fee after six years |
Effective date: 20030127 |
|
| R152 | Utility model maintained after payment of third maintenance fee after eight years |
Effective date: 20050203 |
|
| R071 | Expiry of right |