DE102007010674A1

DE102007010674A1 - Rotary electrical machine, particularly electric motor or generator, particularly power plant, comprises rotor, stator and cooling device, which has multiple cooling channels formed in stator

Info

Publication number: DE102007010674A1
Application number: DE200710010674
Authority: DE
Inventors: Gerard Hemery; Pierre Freche
Original assignee: Alstom Technology AG
Current assignee: General Electric Technology GmbH
Priority date: 2007-03-02
Filing date: 2007-03-02
Publication date: 2008-09-04
Also published as: WO2008107402A3; WO2008107402A2

Abstract

The rotary electrical machine comprises a rotor (2), a stator (3) and a cooling device (5), which has multiple cooling channels (6) formed in the stator. An isolator (11) is arranged in an annular space (7), where a radial inner area (12) is fluidic connected to an area, radially lying outside. A cooling gas flows from the cooling channel in the outer area. The gas flows out in the cooling channel or in an adjacent cooling channel.

Description

Technisches GebietTechnical area

Die Erfindung betrifft eine rotierende elektrische Maschine, wie zum Beispiel einen Elektromotor oder einen Generator, insbesondere in einer Kraftwerksanlage.The The invention relates to a rotary electric machine, such as Example, an electric motor or a generator, in particular a power plant.

Stand der TechnikState of the art

Derartige Maschinen weisen üblicherweise einen Stator und einen darin angeordneten Rotor auf, der im Betrieb der Maschine rotiert. Insbesondere bei Maschinen mit hoher Leistung, zum Beispiel im Megawattbereich, ist es erforderlich, die Maschine zu kühlen. Dementsprechend weist eine derartige Maschine üblicherweise eine Kühleinrichtung auf, die mehrere bezüglich einer Rotationsachse des Rotors vorzugsweise radial orientierte, im Stator ausgebildete Kühlkanäle aufweist. Radial zwischen dem Rotor und dem Stator ist ein Ringraum ausgebildet, in den die Kühlkanäle einmünden.such Machines usually have one Stator and a rotor disposed therein, in the operation of the Machine is rotating. Especially for machines with high performance, For example, in the megawatt range, it is necessary to use the machine to cool. Accordingly, such a machine usually has a cooling device on, several regarding a rotational axis of the rotor preferably radially oriented, Having formed in the stator cooling channels. Radial between the rotor and the stator an annular space is formed, in which the cooling channels open.

Da die Leistungsanforderungen an derartige elektrische Maschinen zunehmen und da der Wirkungsgrad der Maschinen unter anderem von der Temperatur abhängt, ist es erwünscht, die Kühlung der Maschine zu verbessern.There the power requirements of such electrical machines increase and because the efficiency of the machines among other things on the temperature depends is it desirable the cooling of the Improve machine.

Darstellung der ErfindungPresentation of the invention

Hier setzt die vorliegende Erfindung an. Die Erfindung, wie sie in den Ansprüchen gekennzeichnet ist, beschäftigt sich mit dem Problem, für eine rotierende elektrische Maschine der eingangs genannten Art eine verbesserte Ausführungsform anzugeben, die sich insbesondere durch eine verbesserte Kühlung auszeichnet.Here uses the present invention. The invention, as in the claims is employed dealing with the problem, for a rotating electrical machine of the type mentioned an improved embodiment which is characterized in particular by improved cooling.

Erfindungsgemäß wird dieses Problem durch den Gegenstand des unabhängigen Anspruchs gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.According to the invention this Problem solved by the subject matter of the independent claim. advantageous embodiments are the subject of the dependent Claims.

Die Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, in einem Bereich des Ringraums, in dem Kühlgas von wenigstens einem Kühlkanal in denselben beziehungsweise in wenigstens einen anderen Kühlkanal überströmt, einen radial außen liegenden Bereich, in dem diese Überströmung stattfindet, von einem radial innen liegenden Bereich strömungstechnisch zu entkoppeln. Erreicht wird diese Entkoppelung bei der Erfindung mit Hilfe wenigstens eines Trennelements, das auf geeignete Weise im Ringraum angeordnet ist. Die Erfindung nutzt hierbei die Erkenntnis, dass die Rotation des Rotors beim Betrieb der Maschine durch Reibungseffekte im Ringraum eine in der Umfangsrichtung orientierte Ringströmung des Kühlgases erzeugt. Durch die erfindungsgemäß vorgeschlagene strömungstechnische Entkopplung zwischen dem Innenbereich des Ringraums und dem Außenbereich des Ringraums lassen sich störende Wechselwirkungen zwischen der mit hoher Geschwindigkeit strömenden Ringströmung, die dann im Innenbereich vorliegt, und der mit im Vergleich dazu deutlich geringeren Strömungsgeschwindigkeit und mit einer anderen Strömungsrichtung strömenden Übergangsströmung zwischen den Kühlkanälen, die sich dann im Außenbereich befindet, signifikant reduzieren. Das Kühlgas kann über den Außenbereich quasi ungestört von der Ringströmung in den jeweiligen Kühlkanal gelangen, was den Strömungswiderstand innerhalb des Kühlgaspfads erheblich reduziert, wodurch sich der Durchsatz an Kühlgas erhöht, was die Kühlwirkung verbessert.The Invention is based on the general idea, in one area the annulus, in the cooling gas from at least one cooling channel in the same or in at least one other cooling channel overflowed, a radially outside lying area in which this overflow takes place, to decouple fluidly from a radially inner region. This decoupling is achieved in the invention by means of at least a separating element, which is suitably arranged in the annulus is. The invention uses the knowledge that the rotation of the rotor during operation of the machine due to friction effects in the annulus generates a circumferentially oriented annular flow of the cooling gas. By the proposed according to the invention fluidic decoupling between the interior of the annulus and the exterior The annulus can be annoying Interactions between the high-velocity annular flow, the then in the interior, and with significantly in comparison lower flow rate and with another flow direction flowing transitional flow between the cooling channels, the then in the outdoor area is significantly reduced. The cooling gas can through the outdoor area virtually undisturbed by the annular flow in the respective cooling channel get what the flow resistance considerably within the cooling gas path reduces, thereby increasing the flow rate of cooling gas, which the cooling effect improved.

Das jeweilige Trennelement kann beispielsweise so angeordnet und dimensioniert sein, dass es zumindest bei einem Kühlkanal eine zugehörige, zum Ringraum hin offene Mündungsöffnung in Umfangsrichtung und in Axialrichtung überdeckt. Das jeweilige Trennelement kann somit einem einzelnen Kühlkanal oder mehreren Kühlkanälen oder einer Gruppe von Kühlkanälen zugeordnet sein. Insbesondere kann das jeweilige Trennelement einen in Umfangsrichtung geschlossenen Ring bilden und so angeordnet und dimensioniert sein, dass es in einem Axialabschnitt des Ringspalts bei allen in diesem Axialabschnitt angeordneten Kühlkanälen die Mündungsöffnungen in Umfangsrichtung und in Axialrichtung überdeckt. Ferner ist es grundsätzlich möglich, das jeweilige Trennelement in einem Umfangsabschnitt des Ringraums, in dem mehrere Kühlkanäle axial benachbart sind, so anzuordnen und zu dimensionieren, dass es die Mündungsöffnungen dieser Kühlkanäle in Umfangsrichtung und in Axialrichtung überdeckt. Außerdem ist es denkbar, das jeweilige Trennelement so auszugestalten, anzuordnen und zu dimensionieren, dass es einen in Umfangsrichtung geschlossenen Ring bildet und sich axial im Ringraum über Mündungsöffnungen von mindestens zwei axial benachbarten Kühlkanälen erstreckt und diese dabei in Umfangsrichtung und Axialrichtung überdeckt. Somit lassen sich mit Hilfe der Trennelemente unterschiedliche Konfigurationen für den Kühlgaspfad innerhalb des Stators unter Nutzung des oder der mit Hilfe des oder der Trennelemente gebildeten Außenbereiche des Ringspalts ausbilden, um die Kühlung des Stators zu optimieren.The respective separating element can for example be arranged and dimensioned be that it at least at a cooling channel an associated, for Annulus towards open mouth in Circumferential direction and covered in the axial direction. The respective separating element can thus a single cooling channel or more cooling channels or associated with a group of cooling channels be. In particular, the respective separating element can have a circumferential direction forming a closed ring and being so arranged and dimensioned that it is in an axial section of the annular gap at all in this Axial section arranged cooling channels the orifices covered in the circumferential direction and in the axial direction. Furthermore, it is possible in principle, the respective separating element in a peripheral portion of the annulus, in the multiple cooling channels axially adjacent to be arranged and dimensioned so that it orifices these cooling channels in the circumferential direction and covered in the axial direction. Furthermore it is conceivable to design the respective separating element so to arrange and to dimension that it is circumferentially closed Ring forms and axially in the annulus via orifices of at least two extends axially adjacent cooling channels and this covers it in the circumferential direction and axial direction. Thus, with the help of the separators different configurations for the Cooling gas path within the stator using the or with the help of or the partitions formed outside areas form the annular gap to optimize the cooling of the stator.

Vorzugsweise ist das jeweilige Trennelement am Stator fixiert, was vergleichsweise einfach realisierbar ist. Ebenso ist es grundsätzlich möglich, das jeweilige Trennelement am Rotor zu fixieren.Preferably is the respective separator fixed to the stator, which comparatively is easy to implement. It is also possible in principle, the respective separating element to fix on the rotor.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass zumindest ein Trennelement insgesamt oder zumindest in einem Teilbereich für Kühlgas durchlässig ausgestaltet ist, beispielsweise durch eine Perforation oder durch zumindest eine Durchgangsöffnung. Zusätzlich oder alternativ kann vorgesehen sein, dass zwischen zwei benachbarten Trennelementen zumindest ein den Innenbereich mit dem Außenbereich des Ringspalts verbindender Durchlass für Kühlgas ausgebildet ist. Mit Hilfe eines derartigen Durchlasses beziehungsweise mit Hilfe eines für Gas durchlässigen Trennelements wird erreicht, dass im Ringraum der Innenbereich mit dem Außenbereich kommunizierend verbunden ist, so dass trotz der strömungstechnischen Entkopplung ein Gasaustausch möglich ist. Durch diese Bauweise wird beispielsweise erreicht, dass Kühlgas, das zur Kühlung des Rotors im Ringraum beziehungsweise im Innenbereich strömt, vom Innenraum in den Außenraum überströmen kann und mit dem zur Kühlung des Stators dienenden Kühlgas abgeführt werden und dabei zur Kühlung des Stators beitragen kann.In a preferred embodiment, it may be provided that at least one separating element is made permeable overall or at least in a partial region for cooling gas, for example way through a perforation or through at least one passage opening. Additionally or alternatively, it can be provided that at least one passage for cooling gas, which connects the inner region to the outer region of the annular gap, is formed between two adjacent separating elements. With the help of such a passage or with the aid of a gas-permeable separating element is achieved that in the annular space of the inner area is communicatively connected to the outer area, so that despite the fluidic decoupling a gas exchange is possible. By this construction is achieved, for example, that cooling gas, which flows to cool the rotor in the annulus or in the interior, can flow from the interior to the outside and be discharged with the serving for cooling the stator cooling gas and thereby contribute to the cooling of the stator.

Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.Further important features and advantages of the invention will become apparent from the Dependent claims, from the drawings and from the associated description of the figures the drawings.

Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Komponenten beziehen. Es zeigen, jeweils schematisch,preferred embodiments The invention are illustrated in the drawings and in the following description explains the same reference numerals to the same or similar or functionally identical Refer to components. Show, in each case schematically,

1 und 2 jeweils einen stark vereinfachten, prinzipiellen Längsschnitt durch einen Teilbereich einer rotierenden elektrischen Maschine, bei verschiedenen Ausführungsformen, 1 and 2 in each case a greatly simplified, fundamental longitudinal section through a partial region of a rotating electrical machine, in various embodiments,

3 und 4 jeweils einen Teil eines Querschnitts der Maschine im Bereich eines Ringraums, bei verschiedenen Ausführungsformen. 3 and 4 in each case a part of a cross section of the machine in the region of an annular space, in various embodiments.

Wege zur Ausführung der ErfindungWays to execute the invention

Entsprechend den 1 und 2 umfasst eine rotierende elektrische Maschine 1, bei der es sich vorzugsweise um einen Elektromotor oder um einen Generator handelt, der insbesondere in einer Kraftwerksanlage angeordnet sein kann, einen Rotor 2 und einen Stator 3, die bezüglich einer Rotationsachse oder Rotorachse 4, um die der Rotor 2 im Betrieb der Maschine 1 rotiert, koaxial angeordnet sind. Die Maschine 1 ist außerdem mit einer Kühleinrichtung 5 ausgestattet, mit deren Hilfe zumindest der Stator 3 und vorzugsweise auch der Rotor 2 mit Hilfe eines Kühlgases gekühlt werden, um die Leistungsfähigkeit der Maschine 1 zu steigern. Dabei kann der Stator 3 vom Kühlgas radial durchströmt werden, wozu die Kühleinrichtung 5 mehrere, im Stator 3 ausgebildete Kühlkanäle 6 aufweist. Diese Kühlkanäle 6 können den Stator 3 bezüglich der Rotationsachse 4 im wesentlichen radial durchsetzen. Die Kühlkanäle 6 sind zu einem Ringraum 7 hin offen, der bezüglich der Rotationsachse 4 radial zwischen dem Rotor 2 und dem Stator 3 ausgebildet ist. Besagter Ringraum 7 umschließt den Rotor 2 in Umfangsrichtung vollständig und erstreckt sich zweckmäßig über die gesamte axiale Länge des Rotors 2. Eine radiale Kühlgasströmung, die durch die Kühlkanäle 6 in den Ringraum 7 und von diesem wieder zurück durch die Kühlkanäle 6 strömt, ist in den 1 und 2 durch Pfeile 8 angedeutet. Angetrieben ist die Kühlgasströmung beispielsweise durch eine Fördereinrichtung 9, zum Beispiel ein Gebläse, das hier nur symbolisch durch einen Propeller angedeutet ist.According to the 1 and 2 includes a rotating electrical machine 1 , which is preferably an electric motor or a generator, which may be arranged in particular in a power plant, a rotor 2 and a stator 3 related to a rotation axis or rotor axis 4 to which the rotor 2 during operation of the machine 1 rotated, are arranged coaxially. The machine 1 is also equipped with a cooling device 5 equipped, with the help of which at least the stator 3 and preferably also the rotor 2 be cooled with the help of a cooling gas to the performance of the machine 1 to increase. In this case, the stator 3 are flowed through radially by the cooling gas, including the cooling device 5 several, in the stator 3 trained cooling channels 6 having. These cooling channels 6 can the stator 3 with respect to the axis of rotation 4 essentially pass through radially. The cooling channels 6 are to an annulus 7 open towards the axis of rotation 4 radially between the rotor 2 and the stator 3 is trained. Said annulus 7 encloses the rotor 2 Completely in the circumferential direction and extends appropriately over the entire axial length of the rotor 2 , A radial flow of cooling gas through the cooling channels 6 in the annulus 7 and from this back through the cooling channels 6 is flowing in the 1 and 2 through arrows 8th indicated. The cooling gas flow is driven, for example, by a conveyor 9 , for example, a blower, which is only symbolically indicated by a propeller here.

In den gezeigten Beispielen wird die Kühlung des Rotors 2 exemplarisch mit einer axialen Kühlgasströmung erreicht, die ebenfalls durch Pfeile 10 angedeutet ist. Innerhalb des Rotors 2 können hierzu entsprechende, nicht näher bezeichnete Kühlkanäle ausgebildet sein. Bemerkenswert ist, dass das zur Kühlung des Rotors 2 dienende Kühlgas aus den rotorseitigen Kühlkanälen ebenfalls in den Ringraum 7 eintritt, jedoch über die Kühlkanäle 6 des Stators 3 aus dem Ringraum 7 wieder austritt.In the examples shown, the cooling of the rotor 2 achieved by way of example with an axial flow of cooling gas, which is also indicated by arrows 10 is indicated. Inside the rotor 2 For this purpose, corresponding, unspecified cooling channels can be formed. It is noteworthy that that for cooling the rotor 2 Serving cooling gas from the rotor-side cooling channels also in the annulus 7 enters, but via the cooling channels 6 of the stator 3 from the annulus 7 exits again.

Im Ringspalt 7 ist zumindest ein Trennelement 11 angeordnet. In den Ausführungsformen der 1 und 2 sind beispielhaft jeweils drei derartige Trennelemente 11 angedeutet. Es versteht sich von selbst, dass auch eine höhere oder eine niedrigere Anzahl an Trennelementen 11 möglich ist. Jedes Trennelement 11 bewirkt eine wenigstens strömungstechnische Entkopplung innerhalb des Ringraums 7 zwischen einem radial innen liegenden Bereich 12 (Innenbereich 12) und einem radial außen liegenden Bereich 13 (Außenbereich 13). Im vorliegenden Zusammenhang ist unter einer strömungstechnischen Entkopplung eine derartige Trennung zwischen Innenbereich 12 und Außenbereich 13 zu verstehen, die Wechselwirkungen zwischen einer Strömung im Innenbereich 12 und einer Strömung im Außenbereich 13 erheblich reduziert. Diese Trennung muss jedoch keineswegs gasdicht sein, so dass insbesondere ein Gasaustausch zwischen Innenbereich 12 und Außenbereich 13 möglich sein kann. Im Außenbereich 13 erfolgt die Strömungsumlenkung der Kühlgasströmung, die durch zumindest einen Kühlkanal 6 in den Ringraum 7 beziehungsweise dessen Außenbereich 13 eintritt und die durch wenigstens einen Kühlkanal 6 aus dem Ringraum 7 beziehungsweise aus dem Außenbereich 13 wieder austritt. Dabei kann das Kühlgas durch zumindest einen Kühlkanal 6 in den Außenbereich 13 einströmen und vom Außenbereich 13 in denselben Kühlkanal 6 beziehungsweise in dieselben Kühlkanäle 6 beziehungsweise in zumindest einen anderen Kühlkanal 6 ausströmen.In the annular gap 7 is at least one separating element 11 arranged. In the embodiments of the 1 and 2 are exemplified in each case three such separators 11 indicated. It goes without saying that even a higher or a lower number of separating elements 11 is possible. Each separator 11 causes at least fluidic decoupling within the annulus 7 between a radially inner region 12 (Indoors 12 ) and a radially outer area 13 (Outside 13 ). In the present context is under a fluidic decoupling such a separation between the interior 12 and outdoor area 13 to understand the interactions between a flow in the interior 12 and a flow in the outdoor area 13 considerably reduced. However, this separation does not have to be gas-tight, so that in particular a gas exchange between the interior 12 and outdoor area 13 may be possible. Outside 13 the flow deflection of the cooling gas flow takes place through at least one cooling channel 6 in the annulus 7 or its exterior 13 enters and through at least one cooling channel 6 from the annulus 7 or from the outside area 13 exits again. In this case, the cooling gas through at least one cooling channel 6 in the outdoor area 13 infuse and from the outside area 13 in the same cooling channel 6 or in the same cooling channels 6 or in at least one other cooling channel 6 flow out.

Bei der in 1 gezeigten Ausführungsform ist das jeweilige Trennelement 11 am Stator 3 fixiert. Im Unterschied dazu ist bei der Ausführungsform gemäß 2 das jeweilige Trennelement 11 am Rotor 2 fixiert. Grundsätzlich ist auch eine Bauweise denkbar, bei der wenigstens ein Trennelement 11 am Stator 3 und wenigstens ein anderes Trennelement 11 am Rotor 2 fixiert ist.At the in 1 The embodiment shown is the respective separating element 11 at the stator 3 fixed. In contrast, in the embodiment according to 2 the respective separating element 11 on the rotor 2 fixed. In principle, a construction is conceivable in which at least one separating element 11 at the stator 3 and at least one other separating element 11 on the rotor 2 is fixed.

Bei den vereinfachten Darstellungen der 3 und 4 befinden sich die einzelnen Kühlkanäle 6 jeweils in der Umfangsrichtung des Rotors 2 zwischen Längsnuten 14, die zur Aufnahme von elektrischen Leitern, nämlich von Wicklungsstäben dienen, mit denen eine Statorwicklung aufgebaut ist. Diese Längsnuten 14 sind in den Stator 3 beziehungsweise in einen nicht näher bezeichneten Kern des Stators 3 eingearbeitet und sind vorzugsweise radial innen, also im Bereich des Ringraums 7, jeweils mit einem hier nicht näher gezeigten Keil verschlossen. In den 1 und 2 sind derartige Wicklungsstäbe oder elektrische Leiter angedeutet und mit 15 bezeichnet.In the simplified representations of 3 and 4 are the individual cooling channels 6 each in the circumferential direction of the rotor 2 between longitudinal grooves 14 , which serve to receive electrical conductors, namely winding bars, with which a stator winding is constructed. These longitudinal grooves 14 are in the stator 3 or in an unspecified core of the stator 3 incorporated and are preferably radially inside, ie in the region of the annulus 7 , each closed with a wedge not shown here. In the 1 and 2 Such winding bars or electrical conductors are indicated and with 15 designated.

Vorzugsweise sind die Kühlkanäle 6 in Eintrittskanäle 16, über die das Kühlgas in den Ringraum 7 eintritt, und Austrittskanäle 17, über die das Kühlgas aus dem Ringraum 7 austritt, unterteilt. Hierdurch lässt sich eine gezielte Strömungsführung durch den Stator 3 erzielen. Grundsätzlich ist es jedoch ebenso möglich, die Kühlgasströmung innerhalb des Stators 3 so zu führen, dass das Kühlgas durch die gleichen Kühlkanäle 6 in den Ringraum 7 eintritt und daraus wieder austritt.Preferably, the cooling channels 6 in entrance channels 16 via which the cooling gas enters the annulus 7 enters, and exit channels 17 , about which the cooling gas from the annulus 7 exit, divided. This allows a targeted flow through the stator 3 achieve. In principle, however, it is also possible for the cooling gas flow within the stator 3 To guide so that the cooling gas through the same cooling channels 6 in the annulus 7 enters and leaves again.

Das jeweilige Trennelement 11 beziehungsweise die Trennelemente 11 sind in dem Ringraum 7 so angeordnet, dass sie den Innenbereich 12 soweit vom Außenbereich 13 strömungstechnisch entkoppeln, dass im Außenbereich 13 das Kühlgas von wenigstens einem Eintrittskanal 16 über den Außenbereich 13 in wenigstens einen Austrittskanal 17 überströmen kann. Zu diesem Zweck kann das jeweilige Trennelement 11 so angeordnet und dimensioniert sein, dass es zumindest bei einem Kühlkanal 6 die zugehörige, zum Ringraum 7 hin offene Mündungsöffnung in der Umfangsrichtung und in der Axialrichtung überdeckt. Zweckmäßig kann das jeweilige Trennelement 11 dabei einen in Umfangsrichtung geschlossenen Ring bilden und dabei wieder so angeordnet und dimensioniert sein, dass es in einem Axialabschnitt des Ringraums 7 bei allen in diesem Axialabschnitt angeordneten Kühlkanälen 6 die Mündungsöffnungen in der Umfangsrichtung und in der Axialrichtung überdeckt. Zusätzlich oder alternativ kann das jeweilige Trennelement 11 in einem Umfangsabschnitt des Ringraums 7, in dem mehrere Kühlkanäle 6 axial zueinander benachbart sind, so angeordnet und dimensioniert sein, dass es die Mündungsöffnungen dieser Kühlkanäle 6 in der Umfangsrichtung und in der Axialrichtung überdeckt. Zusätzlich oder alternativ kann das jeweilige Trennelement 11 wieder einen in der Umfangsrichtung geschlossenen Ring bilden und dabei so angeordnet und dimensioniert sein, dass es sich im Ringraum 7 über die Mündungsöffnungen von zumindest zwei axial benachbarten Kühlkanälen 6 erstreckt und diese in der Umfangsrichtung und in der Axialrichtung überdeckt.The respective separating element 11 or the separating elements 11 are in the annulus 7 arranged so that they are the interior 12 as far as the outside area 13 fluidically decouple that outdoors 13 the cooling gas from at least one inlet channel 16 over the outside area 13 in at least one outlet channel 17 can overflow. For this purpose, the respective separating element 11 be arranged and dimensioned so that it at least at a cooling channel 6 the associated, to the annulus 7 towards open mouth opening in the circumferential direction and covered in the axial direction. Suitably, the respective separating element 11 thereby forming a ring closed in the circumferential direction and thereby be arranged and dimensioned again so that it is in an axial section of the annular space 7 at all arranged in this axial section cooling channels 6 the mouth openings in the circumferential direction and in the axial direction covered. Additionally or alternatively, the respective separating element 11 in a peripheral portion of the annulus 7 in which several cooling channels 6 axially adjacent to each other, so arranged and dimensioned that it is the mouth openings of these cooling channels 6 covered in the circumferential direction and in the axial direction. Additionally or alternatively, the respective separating element 11 again form a closed ring in the circumferential direction and be arranged and dimensioned so that it is in the annulus 7 over the mouth openings of at least two axially adjacent cooling channels 6 extends and this covers in the circumferential direction and in the axial direction.

Bei der in 3 gezeigten Ausführungsform überdeckt das jeweilige Trennelement 11 zumindest in der wiedergegebenen Schnittebene jeweils die Mündungsöffnungen eines Eintrittskanals 16 und eines dazu in Umfangsrichtung benachbarten Austrittskanals 17, und zwar in der Umfangsrichtung und in der Axialrichtung. Bei der in 4 gezeigten Ausführungsform ist das Trennelement 11 ein sich in der Umfangsrichtung erstreckender Ring, der die Mündungsöffnungen von mehreren Eintrittskanälen 16 und mehreren Austrittskanälen 17 in der Umfangsrichtung sowie in axialer Richtung überdeckt.At the in 3 embodiment shown covers the respective separating element 11 at least in the reproduced sectional plane in each case the mouth openings of an inlet channel 16 and an outlet channel adjacent thereto in the circumferential direction 17 , in the circumferential direction and in the axial direction. At the in 4 The embodiment shown is the separating element 11 a ring extending in the circumferential direction, which the orifices of a plurality of inlet channels 16 and a plurality of exit channels 17 covered in the circumferential direction and in the axial direction.

Das jeweilige Trennelement 11 kann beispielsweise aus einem plattenförmigen oder aus einem schalenförmigen Körper bestehen. Das bedeutet, dass das jeweilige Trennelement 11 in radialer Richtung eine sehr viel kleinere Dimension aufweist als in Umfangsrichtung und in Axialrichtung. Des weiteren ist das jeweilige Trennelement 11 vorzugsweise aus einem elektrisch isolierenden Material hergestellt, beispielsweise aus einem Kunststoff oder aus einer Keramik oder aus einem Glasfasermaterial.The respective separating element 11 may for example consist of a plate-shaped or a bowl-shaped body. This means that the respective separating element 11 in the radial direction has a much smaller dimension than in the circumferential direction and in the axial direction. Furthermore, the respective separating element 11 preferably made of an electrically insulating material, for example of a plastic or of a ceramic or of a glass fiber material.

Bei der in 3 gezeigten Ausführungsform sowie bei den Ausführungsformen der 1 und 2 ist jeweils zwischen zwei benachbarten Trennelementen 11 ein Durchlass 18 ausgebildet, durch den der Innenbereich 12 mit dem Außenbereich 13 kommunizieren kann. Der jeweilige Durchlass 18 ermöglicht dabei insbesondere einen Gasaustausch zwischen Innenbereich 12 und Außenbereich 13, so dass beispielsweise Kühlgas vom Innenbereich 12 entsprechend Pfeilen 19 in den Außenbereich 13 und von dort in die Austrittskanäle 17 gelangen kann. Der jeweilige Durchlass 18 ist dabei so ausgeführt und dimensioniert, dass eine Wechselwirkung zwischen der Kühlgasströmung 8 im Stator 3 und der Kühlgasströmung 10 im Rotor 2 vergleichsweise gering ausfällt oder nicht auftritt.At the in 3 embodiment shown and in the embodiments of the 1 and 2 is in each case between two adjacent separating elements 11 a passage 18 formed by the interior area 12 with the outside area 13 can communicate. The respective passage 18 allows in particular a gas exchange between the interior 12 and outdoor area 13 , so that, for example, cooling gas from the interior 12 according to arrows 19 in the outdoor area 13 and from there into the exit channels 17 can get. The respective passage 18 is designed and dimensioned so that an interaction between the cooling gas flow 8th in the stator 3 and the cooling gas flow 10 in the rotor 2 comparatively low fails or does not occur.

Bei der in 4 gezeigten Ausführungsform kann das jeweilige Trennelement 11 zum Beispiel in einem den Austrittskanälen 17 zugeordneten Teilbereich, der hier durch eine geschweifte Klammer 20 angedeutet ist, für das Kühlgas durchlässig ausgestaltet sein. Beispielsweise kann das Trennelement 11 in diesem Teilbereich 20 mit einer Perforation 21 versehen sein oder zumindest eine, vorzugsweise mehrere Durchgangsöffnungen enthalten. Auch durch diesen gasdurchlässigen Teilbereich 20 des Trennelements 11 ist ein Gasaustausch zwischen Innenbereich 12 und Außenbereich 13 möglich, so dass insbesondere Kühlgas vom Innenbereich 12 entsprechend den Pfeilen 19 durch das jeweilige Trennelement 11 hindurch in den Außenbereich 13 gelangt und von diesem in die Austrittskanäle 17. Anstelle einzelner gasdurchlässiger Teilbereiche 20 kann das jeweilige Trennelement 11 auch so ausgestaltet sein, dass es insgesamt gasdurchlässig ausgebildet ist. Mit Hilfe der Durchlässe 18 beziehungsweise der gasdurchlässigen Teilbereiche 20 kann das zur Kühlung des Rotors 2 dienende Kühlgas über die Austrittskanäle 17 des Stators 3 abgeführt werden.At the in 4 the embodiment shown, the respective separating element 11 for example, in one of the exit channels 17 associated subarea, here by a curly bracket 20 is indicated to be designed to be permeable to the cooling gas. For example, the separating element 11 in this subarea 20 with a perforation 21 be provided or contain at least one, preferably a plurality of through holes. Also through this gas-permeable part 20 of separating element 11 is a gas exchange between indoor area 12 and outdoor area 13 possible, so that in particular cooling gas from the interior 12 according to the arrows 19 through the respective separating element 11 through to the outside area 13 passes and from this into the outlet channels 17 , Instead of individual gas-permeable sections 20 can the respective separating element 11 be designed so that it is designed to be gas permeable. With the help of the passages 18 or the gas-permeable subregions 20 This can be used to cool the rotor 2 Serving cooling gas through the outlet channels 17 of the stator 3 be dissipated.

Bei der in 4 gezeigten Ausführungsform sind mehrere, in der Umfangsrichtung zueinander benachbart angeordnete Eintrittskanäle 16 zu einer Gruppe 22 zusammengefasst, die durch eine geschweifte Klammer angedeutet ist. Exemplarisch wird diese Eintrittsgruppe 22 von der Fördereinrichtung 9 mit dem Kühlgas beaufschlagt. Des weiteren sind hier mehrere, in Umfangsrichtung zueinander benachbart angeordnete Austrittskanäle 17 ebenfalls zu einer Gruppe 23 zusammengefasst, was ebenfalls durch eine geschweifte Klammer angedeutet ist. Diese Austrittsgruppe 23 ist dabei in der Umfangsrichtung zur Eintrittsgruppe 22 benachbart angeordnet. Des weiteren kann eine hier nicht erkennbare weitere Austrittsgruppe 23 vorgesehen sein, die zu der hier gezeigten Eintrittsgruppe 22 axial benachbart ist. Ebenso kann zur gezeigten Austrittsgruppe 23 eine weitere Eintrittsgruppe 22 axial benachbart sein. Dabei ist ringraumseitig eine strömungsmäßige Kopplung in axialer Richtung ausgebildet, so dass die Eintrittskanäle 16 der jeweiligen Eintrittsgruppe 22 mit den Austrittskanälen 17 der jeweils in axialer Richtung benachbarten Austrittsgruppe 23 kommunizieren, und zwar über den mit Hilfe des jeweiligen Trennelements 11 ausgebildeten Außenbereich 13. Das jeweils zugehörige Trennelement 11 erstreckt sich dabei zumindest entlang der beiden axial benachbarten Gruppen 22, 23.At the in 4 shown embodiment, a plurality of circumferentially adjacent to each other arranged inlet channels 16 to a group 22 summarized, which is indicated by a curly bracket. Exemplary is this entry group 22 from the conveyor 9 subjected to the cooling gas. Furthermore, here are several circumferentially adjacent to each other arranged outlet channels 17 also to a group 23 summarized, which is also indicated by a curly bracket. This leaving group 23 is in the circumferential direction to the entrance group 22 arranged adjacent. Furthermore, a not recognizable here further leaving group 23 be provided, which leads to the entry group shown here 22 axially adjacent. Similarly, the exit group shown 23 another entry group 22 be axially adjacent. In this case, a fluid coupling in the axial direction is formed on the annular space side, so that the inlet channels 16 the respective entry group 22 with the exit channels 17 each adjacent in the axial direction exit group 23 communicate, via the with the help of the respective separating element 11 trained outdoor area 13 , The respectively associated separating element 11 extends at least along the two axially adjacent groups 22 . 23 ,

Bei der in 3 gezeigten Ausführungsform sind die Eintrittskanäle 16 und die Austrittskanäle 17 in Umfangsrichtung einander abwechselnd angeordnet. Dabei ist auch hier grundsätzlich eine Gruppenbildung möglich, wobei die Gruppen 22, 23 in der Axialrichtung ausgebildet sind. Dementsprechend kann beispielsweise eine Gruppe 22 von in Axialrichtung zueinander benachbart angeordneten Eintrittskanälen 16 vorgesehen sein, die in Umfangsrichtung zu einer Gruppe 23 von in Axialrichtung zueinander benachbart angeordneten Austrittskanälen 17 benachbart angeordnet ist. Dabei können auch hier die Eintrittskanäle 16 der einen Gruppe 22 über den Außenbereich 13 mit den Austrittskanälen 17 der anderen Gruppe 23 kommunizieren. Auch hier erstreckt sich dann das jeweilige Trennelement 11 zumindest entlang der beiden Gruppen 22, 23.At the in 3 embodiment shown are the inlet channels 16 and the exit channels 17 arranged alternately in the circumferential direction. Here, too, a group formation is basically possible, with the groups 22 . 23 are formed in the axial direction. Accordingly, for example, a group 22 from axially adjacent to each other arranged inlet channels 16 be provided in the circumferential direction to a group 23 from axially adjacent to each other arranged outlet channels 17 is arranged adjacent. Here also the entrance channels can 16 one group 22 over the outside area 13 with the exit channels 17 the other group 23 communicate. Again, then the respective separator extends 11 at least along the two groups 22 . 23 ,

Damit das Kühlgas vom jeweiligen Eintrittskanal 16 durch den Außenbereich 13 in den jeweiligen Austrittskanal 17 gelangt, ist im jeweiligen Außenbereich 13 ein Überströmpfad 24 ausgebildet, der die erforderliche strömungstechnische Kopplung schafft. Dieser Überströmpfad 24 kann dabei wenigstens eine Öffnung 25 oder Aussparung 25 aufweisen, die zum Beispiel im Kern des Stators 3 oder in einem Keil zum Verschließen der jeweiligen Längsnut 14 ausgebildet sein kann. Des weiteren ist es insbesondere möglich, das jeweilige Trennelement 11 an einem derartigen Keil anzubringen oder zumindest teilweise an einem derartigen Keil integral auszubilden. Durch diese Bauweise vereinfacht sich die Ausbildung und Anordnung der Trennelemente 11 beziehungsweise des Überströmpfads 24.So that the cooling gas from the respective inlet channel 16 through the outside area 13 in the respective outlet channel 17 is in the respective outdoor area 13 an overflow path 24 formed, which creates the required fluidic coupling. This overflow path 24 can at least one opening 25 or recess 25 have, for example, in the core of the stator 3 or in a wedge for closing the respective longitudinal groove 14 can be trained. Furthermore, it is particularly possible, the respective separating element 11 to attach to such a wedge or at least partially integrally formed on such a wedge. This construction simplifies the design and arrangement of the separating elements 11 or the overflow path 24 ,

An der Rückseite des Stators 3 (äusserer Durchmesser des Kerns) ist eine strömungstechnische Abschottung der Eintrittskanäle (16) und Austrittskanäle (17) vorteilhaft. Diese Abschottung kann durch entsprechende Sammelboxen oder Sammelkanäle erreicht werden. Je nach gewähltem Konstruktionsprinzip für diese gegenseitige Abschottung der Eintritts- und Austrittskanäle (16, 17) können sich diese Boxen oder Kanäle einzeln oder gruppenweise in axialer oder in Umfangsrichtung erstrecken.At the back of the stator 3 (outer diameter of the core) is a fluidic foreclosure of the inlet channels ( 16 ) and exit channels ( 17 ) advantageous. This foreclosure can be achieved by appropriate collection boxes or collection channels. Depending on the selected design principle for this mutual foreclosure of the inlet and outlet channels ( 16 . 17 ), these boxes or channels may extend individually or in groups in the axial or circumferential direction.

11: Maschinemachine
22: Rotorrotor
33: Statorstator
44: Rotationsachseaxis of rotation
55: Kühleinrichtungcooling device
66: Kühlkanalcooling channel
77: Ringraumannulus
88th: KühlgasströmungCooling gas flow
99: FördereinrichtungConveyor
1010: KühlgasströmungCooling gas flow
1111: Trennelementseparating element
1212: Innenbereichinterior
1313: Außenbereichoutdoors
1414: Längsnutlongitudinal groove
1515: elektrischer Leiterelectrical ladder
1616: Eintrittskanalinlet channel
1717: Austrittskanaloutlet channel
1818: Durchlasspassage
1919: KühlgasströmungCooling gas flow
2020: Teilbereich von 11 Subarea of 11
2121: Perforationperforation
2222: Gruppe von 16 group of 16
2323: Gruppe von 17 group of 17
2424: ÜberströmpfadÜberströmpfad
2525: Öffnungopening

Claims

Rotating electrical machine, in particular electric motor or generator, preferably a power plant, at least comprising - a rotor ( 2 ) and a stator ( 3 ), - a cooling device ( 5 ), which several, in the stator ( 3 ) formed cooling channels ( 6 ) leading to a radially between rotor ( 2 ) and stator ( 3 ) formed annular space ( 7 ), characterized in that - in the annulus ( 7 ) at least one separating element ( 11 ) is arranged, which has a radially inner area ( 12 ) at least fluidically from a radially outer region ( 13 ) decoupled in which cooling gas from at least one cooling channel ( 6 ) flows in and from the cooling gas in the same cooling channel ( 6 ) or in the same cooling channels ( 6 ) or in at least one adjacent cooling channel ( 6 ) flows out.

Rotary electric machine according to claim 1, characterized in that - the respective separating element ( 11 ) is arranged and dimensioned such that it is at least at a cooling channel ( 6 ) the respective, to the annulus ( 7 ) open mouth opening in the circumferential direction and in the axial direction, and / or - that the respective separating element ( 11 ) forms a circumferentially closed ring and is arranged and dimensioned so that it is in an axial section of the annular space ( 7 ) at all arranged in this axial section cooling channels ( 6 ) covers the mouth openings in the circumferential direction and in the axial direction, and / or - that the respective separating element ( 11 ) is arranged and dimensioned such that it is in a peripheral portion of the annular space ( 7 ), in which several cooling channels ( 6 ) are axially adjacent, orifices of these cooling channels ( 6 ) in the circumferential direction and in the axial direction, and / or - that the respective separating element ( 11 ) forms a circumferentially closed ring and is arranged and dimensioned so that it is in the annular space ( 7 ) Orifices of at least two axially adjacent cooling channels ( 6 ) in the circumferential direction and in the axial direction.

Rotary electric machine according to claim 1 or 2, characterized in that - each or at least one such separating element ( 11 ) on the stator ( 3 ), and / or - that each or at least one such separating element ( 11 ) on the rotor ( 2 ) is fixed.

Rotary electric machine according to one of claims 1 to 3, characterized in that - the respective separating element ( 11 ) consists of a plate-shaped or cup-shaped body, and / or - that the respective separating element ( 11 ) consists of an electrically insulating material.

Rotating electrical machine according to one of claims 1 to 4, characterized in that - each or at least one such separating element ( 11 ) in total or at least in a sub-area ( 20 ) is designed permeable to cooling gas, and / or - that between two adjacent separating elements ( 11 ) at least one interior ( 12 ) with the outdoor area ( 13 ) of the annulus ( 7 ) connecting passage ( 18 ) is designed for cooling gas.

Rotary electric machine according to one of claims 1 to 5, characterized in that - the cooling channels ( 6 ) Entry channels ( 16 ), through the cooling gas into the annulus ( 7 ), and exit channels ( 17 ), by the cooling gas from the annulus ( 7 ), - that the respective separating element ( 11 ) in the annulus ( 7 ) is arranged so that it occupies the interior ( 12 ) at least fluidically from the outer area ( 13 ) decoupled, in the cooling gas from at least one inlet channel ( 16 ) in at least one exit channel ( 17 ) overflowed.

Rotary electric machine according to claim 6, characterized in that - at least one group ( 22 ) of circumferentially adjacent to each other arranged inlet channels ( 16 ) on the outside ( 13 ) of the annulus ( 7 ) with a group adjacent thereto in the axial direction ( 23 ) of circumferentially adjacent to each other arranged outlet channels ( 17 ) is coupled in terms of flow, wherein the respective separating element ( 11 ) at least along both groups ( 22 . 23 ), and / or - that at least one group ( 22 ) of adjacent to each other in the axial direction adjacent inlet channels ( 16 ) on the outside ( 13 ) of the annulus ( 7 ) with a circumferentially adjacent group ( 23 ) of axially adjacent to each other arranged outlet channels ( 17 ) is fluidically coupled, wherein the respective separating element ( 11 ) at least along both groups ( 22 . 23 ), and / or - that entry channels ( 16 ) and exit channels ( 17 ) are arranged alternately in the circumferential direction.

Rotary electric machine according to claim 6 or 7, characterized - that in the respective outdoor area ( 13 ) of the annulus ( 7 ) an overflow path ( 24 ) over which the group ( 22 ) of the entry channels ( 16 ) with the neighboring group ( 23 ) of the exit channels ( 17 ) or via the at least one inlet channel ( 16 ) with at least one adjacent outlet channel ( 17 ) is fluidically coupled, and / or - that the overflow path ( 24 ) at least one opening ( 25 ) or recess ( 25 ) located in a core of the stator ( 3 ) or in a wedge for closing one in the stator ( 3 ) formed longitudinal groove ( 14 ) for receiving at least one electrical conductor ( 15 ) is trained.

Rotary electric machine according to one of claims 1 to 8, characterized in that the respective separating element ( 11 ) on a wedge for closing one in the stator ( 3 ) formed longitudinal groove ( 14 ) for receiving at least one electrical conductor ( 15 ) is mounted and / or at least partially integrally formed thereon.