DE102012202473A1

DE102012202473A1 - Electric machine i.e. generator, for off-shore wind-power plant, has fan operated to produce cooling air streams that flow to parts between inlet openings and winding heads and other parts between inlet openings and outlet openings

Info

Publication number: DE102012202473A1
Application number: DE201210202473
Authority: DE
Inventors: Ulrich Hartmann; Daniel Kermas; Joachim Mucha; Robert Schwengber; Gordon Trogisch
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Flender GmbH
Priority date: 2012-02-17
Filing date: 2012-02-17
Publication date: 2013-08-22

Abstract

The machine (10) has a stator (12) comprising laminated cores, and inlet openings arranged between winding heads and outlet openings. Air guidance channels (32) are arranged at a side of the laminated cores turned away from an air gap (16). The air guidance channels are formed to guide cool air between a fan and the inlet openings. The fan is operated to produce cooling air streams. The cooling air streams flow in the air gap to parts between the inlet openings and the winding heads and to other parts between the inlet openings and the outlet openings. An independent claim is also included for a method for cooling an electric machine.

Description

Die Erfindung betrifft eine elektrische Maschine mit einem Stator, welcher zumindest ein Blechpaket aufweist, in welchem Wicklungen von elektrischen Spulen angeordnet sind. Zu der Erfindung gehört auch ein Statorsegment, welches ein solches Blechpaket aufweist, sowie ein Verfahren zum Kühlen einer elektrischen Maschine. Bevorzugt wird die Erfindung in Generatoren für Windkraftanlagen realisiert. Entsprechend wird unter einer elektrischen Maschine hier insbesondere ein Generator verstanden, welcher aus einer Synchronmaschine oder Asynchronmaschine gebildet sein kann. Die Erfindung kann aber auch für Elektromotoren genutzt werden. The invention relates to an electric machine with a stator, which has at least one laminated core in which windings of electric coils are arranged. The invention also includes a stator segment, which has such a laminated core, and a method for cooling an electrical machine. Preferably, the invention is implemented in generators for wind turbines. Accordingly, an electric machine is understood to mean, in particular, a generator which may be formed from a synchronous machine or asynchronous machine. The invention can also be used for electric motors.

In elektrischen Maschinen geben die elektrisch aktiven Bauteile, also die Spulenwicklungen, die Elektrobleche der Blechpakete und die übrigen dynamoelektrisch wirksamen Komponenten, Verlustwärme an ihre Umgebung ab. Um die Erwärmung der elektrischen Maschine zu begrenzen, müssen der Stator und der Läufer gekühlt werden. Eine Möglichkeit besteht in der Verwendung von Ventilatoren, welche Kühlluft im Inneren der elektrischen Maschine verteilen. Die Luft kann dabei durch einen Luft-Wasser-Kühler, also einen Wärmetauscher, gekühlt werden. Dies ermöglicht es, den Stator und den Rotor in einem geschlossenen Raum zu betreiben, was insbesondere bei Offshore-Windkraftanlagen nötig ist, um die elektrische Maschine z.B. vor Korrosion durch salzhaltige Luft zu schützen. In electrical machines, the electrically active components, that is to say the coil windings, the electrical sheets of the laminated cores and the other dynamoelectrically active components, dissipate heat loss to their surroundings. To limit the heating of the electric machine, the stator and the rotor must be cooled. One possibility is the use of fans which distribute cooling air inside the electric machine. The air can be cooled by an air-water cooler, ie a heat exchanger. This makes it possible to operate the stator and the rotor in a closed space, which is particularly necessary in offshore wind turbines in order to power the electric machine e.g. to protect against corrosion by salty air.

Mittels der Ventilatoren muss die gekühlte Luft an diejenigen Stellen transportiert werden, an welchen die Wärme entsteht. Die dort aufgeheizte Luft muss auch wieder durch die Luftströmung dem Wärmetauscher zugeführt werden. Dies erfordert eine bestimmte Mindestleistung der Ventilatoren, um zu vermeiden, dass sich der kühlende Luftstrom durch Reibungsverluste im Innenraum der elektrischen Maschine derart verlangsamt, dass es an einzelnen Stellen zu einem Hitzestau kommt. Insbesondere muss sichergestellt sein, dass sowohl die Oberfläche des Stators und des Rotors, die beide zusammen den Luftspalt der elektrischen Maschine begrenzen, als auch die Wicklungsköpfe der Wicklungen des Stators ausreichend gekühlt sind. Diese beiden Bereiche bilden so genannte Hot-Spots, d.h. Bereiche, in denen ein besonders großer Anteil von elektrischer bzw. mechanischer Energie in Wärme umgesetzt wird. By means of the fans, the cooled air has to be transported to the places where the heat is generated. The air heated there must also be fed back through the air flow to the heat exchanger. This requires a certain minimum power of the fans in order to avoid that the cooling air flow slows down by friction losses in the interior of the electric machine so that it comes at individual points to a heat accumulation. In particular, it must be ensured that both the surface of the stator and the rotor, both of which together limit the air gap of the electric machine, and the winding heads of the windings of the stator are sufficiently cooled. These two areas form so-called hot spots, i. Areas in which a particularly large proportion of electrical or mechanical energy is converted into heat.

Die Anzahl der Kühleinheiten, d.h. einer Kombination aus einem Ventilator und einem diesem zugeordneten Wärmetauscher, innerhalb der elektrischen Maschine wird dabei in der Weise gewählt, dass ein Abgleich zwischen den folgenden beiden Kriterien erreicht wird. Zum einen muss eben ein ausreichender Kühlluftstrom im Inneren der elektrischen Maschine gewährleistet sein. Zum anderen sollten aber so wenig Kühleinheiten wie möglich in der elektrischen Maschine verbaut sein, um deren Herstellungskosten gering zu halten, da andererseits ein wirtschaftlicher Betrieb einer solchen Maschine erschwert ist. Zudem nimmt der Wirkungsgrad einer elektrischen Maschine mit zunehmender Anzahl von Kühleinheiten ab, da mehr elektrische Leistung zum Betreiben der einzelnen Steuerschaltungen für die Lüftermotoren und der Pumpen für die Wärmetauscher benötigt wird. The number of cooling units, i. a combination of a fan and a heat exchanger associated therewith, within the electric machine is chosen in such a way that a balance between the following two criteria is achieved. On the one hand, it is necessary to ensure sufficient cooling air flow inside the electric machine. On the other hand, as few cooling units as possible should be installed in the electric machine in order to keep their production costs low, since on the other hand, an economical operation of such a machine is difficult. In addition, the efficiency of an electric machine decreases as the number of cooling units increases because more electric power is required to operate the individual control circuits for the fan motors and the pumps for the heat exchangers.

Eine weitere Einschränkung kann sich bei Maschinen mit einem so genannten segmentierten Stator ergeben. Bei dieser Bauform ist der Stator aus einzelnen Segmenten zusammengesetzt, die jeweils ein Blechpaket mit darin angeordneten Wicklungen umfassen. Der Stator ist durch ringförmiges Anordnen der einzelnen Segmente gebildet. Ist hierbei nun ein Stator aus beispielsweise sechs Segmenten zusammengesetzt und werden für eine wirtschaftliche Kühlung der elektrischen Maschine vier Kühleinheiten verwendet, so führt dieser Umstand dazu, dass einige der Kühleinheiten über Segmentschnittstellen angebracht werden müssen, damit die Kühleinheiten symmetrisch in der Maschine angeordnet sind. Andernfalls würde sich eine ungleichmäßige Verteilung des Kühlluftstroms ergeben. Der symmetrische Aufbau führt aber dazu, dass der Zugang zu den Segmentschnittstellen erschwert wird, was bei Wartungsarbeiten, insbesondere im Falle von Offshore-Windkraftanlagen, zusätzlichen Zeit- und Arbeitsaufwand erfordert. Another limitation may arise in machines with a so-called segmented stator. In this design, the stator is composed of individual segments, each comprising a laminated core with windings arranged therein. The stator is formed by annularly arranging the individual segments. If in this case a stator is composed of, for example, six segments, and four cooling units are used for economical cooling of the electric machine, this circumstance leads to the fact that some of the cooling units have to be attached via segment interfaces so that the cooling units are arranged symmetrically in the machine. Otherwise, an uneven distribution of the cooling air flow would result. However, the symmetrical design leads to the fact that the access to the segment interfaces is difficult, which requires additional time and effort during maintenance, especially in the case of offshore wind turbines.

Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine wirtschaftlich betreibbare elektrische Maschine bereitzustellen, insbesondere eine mit segmentiertem Stator. An object of the present invention is to provide an economically operable electric machine, in particular a segmented stator.

Die Aufgabe wird durch eine elektrische Maschine gemäß Patentanspruch 1, ein Statorsegment gemäß Patentanspruch 11 sowie ein Verfahren gemäß Patentanspruch 12 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind durch die Unteransprüche gegeben. The object is achieved by an electrical machine according to claim 1, a stator segment according to claim 11 and a method according to claim 12. Advantageous developments of the invention are given by the dependent claims.

Die erfindungsgemäße elektrische Maschine weist in der bekannten Weise einen Stator auf, welcher zumindest ein Blechpaket umfasst, in welchem Wicklungen angeordnet sind, von denen Wicklungsköpfe an einem ersten Ende des Blechpakets angeordnet sind. Mit Blechpaket ist hier die übliche Bauweise eines Stators bzw. Statorsegments gemeint, bei welcher einzelne weichmagnetische Bleche aufeinander geschichtet sind, wobei durch eine elektrische Isolierung zwischen den einzelnen Blechen Wirbelströme unterbunden sind. Bei der erfindungsgemäßen elektrischen Maschine sind in dem zumindest einen Blechpaket Ein- bzw. Austrittsöffnungen ausgebildet, durch welche jeweils der Luftspalt der elektrischen Maschine mit einer dem Luftspalt abgewandten Seite des Blechpakets fluidisch verbunden ist. Mit anderen Worten kann durch diese Durchtrittsöffnungen Luft aus dem Luftspalt heraus- oder in diesen hineinströmen. Handelt es sich bei dem Stator um einen Innenstator, der von einem Außenläufer umgeben ist, so kann also Luft zwischen dem Luftspalt und dem Inneren des Stators ausgetauscht werden. Die Durchtrittsöffnungen können jeweils z.B. durch Anordnen von Stegen zwischen zwei der Bleche gebildet sein, so dass diese Bleche voneinander beabstandet sind. Die Verwendung von Stegen weist den Vorteil auf, dass ein Strömungsquerschnitt der einzelnen Durchtrittsöffnungen durch eine entsprechende Wahl der Stegdicken sehr einfach festgelegt werden kann. Die Durchtrittsöffnungen können aber z.B. auch durch Ausstanzen von Aussparungen in den einzelnen Blechen oder durch Vorsehen von Bohrungen in dem Blechpaket bereitgestellt sein. The electric machine according to the invention has in the known manner a stator which comprises at least one laminated core in which windings are arranged, of which winding heads are arranged at a first end of the laminated core. With laminated core here is the usual construction of a stator or stator segment meant in which individual soft magnetic sheets are stacked on each other, being suppressed by an electrical insulation between the individual sheets eddy currents. In the electric machine according to the invention in the at least one laminated core inlet or outlet openings are formed, through which in each case the air gap of the electrical machine is fluidically connected to a side facing away from the air gap of the laminated core. In other words, air can flow out of or through the air gap through these passage openings. If the stator is an inner stator which is surrounded by an external rotor, then air can be exchanged between the air gap and the interior of the stator. The passage openings can each be formed, for example, by arranging webs between two of the sheets, so that these sheets are spaced apart from one another. The use of webs has the advantage that a flow cross section of the individual passage openings can be determined very easily by an appropriate choice of the web thicknesses. However, the passage openings can also be provided, for example, by punching out recesses in the individual metal sheets or by providing bores in the laminated core.

Die Eintrittsöffnungen sind bei der erfindungsgemäßen elektrischen Maschine nun in einer ganz besonderen Weise angeordnet. Sie befinden sich zwischen den Wicklungsköpfen und den Austrittsöffnungen. Im Falle eines Innenstators, der eine hohlzylindrische Grundform aufweist, bedeutet dies, dass sich die Eintrittsöffnungen in axialer Richtung gesehen beispielsweise in einem äußeren Drittel oder einem äußeren Viertel der Mantelfläche der hohlzylindrischen Grundform befinden. Die Wicklungsköpfe sind in der Regel an einer Stirnseite eines solchen Stators entlang des Umfangs angeordnet. Die Austrittsöffnungen befinden sich in Richtung der Zylinderachse mittig in der Mantelfläche. The inlet openings are now arranged in a very special way in the electric machine according to the invention. They are located between the winding heads and the outlet openings. In the case of an inner stator having a hollow cylindrical basic shape, this means that the inlet openings are seen in the axial direction, for example, in an outer third or an outer quarter of the lateral surface of the hollow cylindrical basic shape. The winding heads are usually arranged on an end face of such a stator along the circumference. The outlet openings are located in the direction of the cylinder axis in the middle of the lateral surface.

Um hierbei nun eine aktive Kühlung zu ermöglichen, ist bei der erfindungsgemäßen elektrischen Maschine ein erster Luftleitkanal vorgesehen, also beispielsweise eine Rohrleitung. Dieser Luftleitkanal ist an der dem Luftspalt abgewandten Seite des Blechpakets angeordnet und derart ausgebildet, dass mit ihm Kühlluft zwischen einem Lüfter und den Eintrittsöffnungen geführt werden kann. Mittels des Lüfters kann also entweder durch den Luftleitkanal Luft zu den Eintrittsöffnungen hin geblasen werden, wo sie dann durch die Eintrittsöffnungen hindurch in den Luftspalt gelangen kann. Der Lüfter kann aber auch Luft in der Weise ansaugen, dass durch die Eintrittsöffnungen hindurch Luft aus dem Luftspalt heraus gesogen und durch den Luftleitkanal hindurch zum Lüfter gefördert wird. In order to enable active cooling in this case, a first air duct is provided in the electric machine according to the invention, that is, for example, a pipeline. This air duct is arranged on the side facing away from the air gap of the laminated core and designed such that with him cooling air between a fan and the inlet openings can be performed. By means of the fan can thus be blown through the air duct either to the inlet openings, where they can then pass through the inlet openings into the air gap. However, the fan can also suck air in such a way that air is sucked out of the air gap through the inlet openings and conveyed through the air duct to the fan.

Durch Betreiben des Lüfters kann nun also z. B. ein Kühlluftstrom erzeugt werden, welcher vom Lüfter durch den Luftleitkanal und durch die Eintrittsöffnungen hindurch in den Luftspalt einströmt und sich dort aufteilt. Der Kühlluftstrom strömt dann (bei einer elektrischen Maschine mit Rotor) in axialer Richtung zu einem Teil von den Eintrittsöffnungen zu den Wicklungsköpfen und zu einem davon verschiedenen, anderen Teil in die andere Richtung von den Eintrittsöffnungen zu den Austrittsöffnungen. Diese Teilströme können dann an den Wicklungsköpfen vorbei bzw. durch die Austrittsöffnungen hindurch wieder aus dem Luftspalt ausströmen. Wird der Lüfter zum Ansaugen der Kühlluft aus dem Luftleitkanal verwendet, so ergeben sich Teilströmen, die in entgegengesetzte Richtung strömen und entsprechend an den Eintrittsöffnungen zusammengeführt werden und dann dort gemeinsam zum Luftleitkanal und zum Lüfter gelangen. By operating the fan can now z. B. a cooling air flow are generated, which flows from the fan through the air duct and through the inlet openings into the air gap and is divided there. The cooling air flow then flows (in an electric machine with rotor) in the axial direction to a part of the inlet openings to the winding heads and to a different, different part in the other direction from the inlet openings to the outlet openings. These partial flows can then flow out of the air gap past the winding heads or through the outlet openings. If the fan is used for sucking the cooling air from the air duct, then partial flows that flow in the opposite direction and are combined according to the inlet openings and then get there together to the air duct and the fan.

Der Vorteil der durch die beschriebene Anordnung der Eintrittsöffnungen in der elektrischen Maschine erreicht wird, liegt darin, dass in den einzelnen Regionen des Luftspalts stets jeweils nur Teilströme mit einem geringeren Massenstrom gefördert werden müssen. Dies verringert die Reibungsverluste, d.h. die Druckverluste, beim Transportieren des Kühlluftstroms durch die elektrische Maschine so weit, dass zum Bereitstellen einer bestimmten Kühlleistung in der Regel weniger Kühleinheiten als bisher benötigt werden. So kann dann z. B. auch erreicht werden, dass bei einem mehr-segmentigen Stator nicht wie oben beschrieben Kühleinheiten für eine symmetrische Anordnung auf den Segmentschnittstellen befestigt werden müssen. In vielen Fällen ist es stattdessen möglich, die Kühleinheiten symmetrisch in der elektrischen Maschine anzuordnen und dabei dennoch jede Kühleinheit an einem der Segmente zu befestigen, so dass der Zugang zu den Segmentschnittstellen gewährleistet bleibt. Es ist insbesondere auch nicht mehr nötig, den gesamten Kühlluftstrom beispielsweise an einem Ende des Luftspalts mit einer derart großen Förderleistung einzublasen, dass auch noch am gegenüberliegenden Ende ausreichend Luftbewegung vorherrscht, um die dortigen Wicklungsköpfe ausreichend zu kühlen. The advantage that is achieved by the described arrangement of the inlet openings in the electrical machine, is that in the individual regions of the air gap always only partial flows must be promoted with a lower mass flow. This reduces the friction losses, i. the pressure losses when transporting the cooling air flow through the electric machine so far that to provide a specific cooling capacity usually less cooling units than previously needed. So then z. As can also be achieved, that do not need to be attached as described above cooling units for a symmetrical arrangement on the segment interfaces in a multi-segmented stator. In many cases, instead, it is possible to arrange the cooling units symmetrically in the electric machine while still attaching each cooling unit to one of the segments so as to ensure access to the segment interfaces. In particular, it is no longer necessary to inject the entire cooling air flow, for example, at one end of the air gap with such a large delivery rate that sufficient air movement prevails even at the opposite end in order to sufficiently cool the local winding heads.

Das ebenfalls zur Erfindung gehörige Verfahren fasst die notwendigen Schritte zur Steigerung der Effizienz der Kühlung noch einmal zusammen: Mittels eines Lüfters wird ein Kühlluftstrom erzeugt, der dann mittels zumindest eines Luftleitkanals aufgeteilt wird, wodurch dann zumindest zwei (bevorzugt mindestens vier) getrennte Teilströme erzeugt werden, die jeweils einen geringeren Massenstrom aufweisen als der gesamte Kühlluftstrom. Mittels der einzelnen Teilströme werden dann unterschiedliche axiale Abschnitte des Luftspalts der elektrischen Maschine durchströmt, was aufgrund des geringeren Massenstroms mit einem signifikant verringerten Druckabfall verbunden ist. The method, which is also part of the invention, summarizes the necessary steps for increasing the efficiency of the cooling: A cooling air flow is generated by means of a fan, which is then divided by means of at least one air duct, whereby at least two (preferably at least four) separate partial flows are generated , each having a lower mass flow than the entire cooling air flow. By means of the individual partial flows then different axial sections of the air gap of the electric machine are flowed through, which is connected due to the lower mass flow with a significantly reduced pressure drop.

Im Zusammenhang mit einer elektrischen Maschine mit segmentiertem Stator umfasst die Erfindung auch ein Statorsegment einer elektrischen Maschine, welches ein Blechpaket und eine Kühleinrichtung aufweist, wobei in dem Blechpaket in der bereits beschriebenen Weise Wicklungen angeordnet sind, und an zumindest einem Ende des Blechpakets Wicklungsköpfe der Wicklungen angeordnet sind. Auch bei dem erfindungsgemäßen Statorsegment weist das Blechpaket Luftschlitze auf, durch welche Luft durch das Blechpaket und durch die Wicklungen hindurch förderbar ist. Die Kühleinrichtung umfasst einen Luftleitkanal, welcher dazu ausgebildet ist, Kühlluft von einem Lüfter zu nur einigen der Schlitze und dort in diese Schlitze einzuleiten, wobei sich die Schlitze eben zwischen den Wicklungsköpfen eines Endes des Blechpakets und weiteren Schlitzen des Blechpakets (also den Austrittsöffnungen) befinden. In the context of an electric machine with a segmented stator, the invention also includes a stator segment of an electrical machine, which has a laminated core and a cooling device, wherein in the laminated core in the manner already described windings are arranged, and at least one end of the laminated core winding heads of the windings are arranged. Also in the case of the stator segment according to the invention, the laminated core has air slots through which air can be conveyed through the laminated core and through the windings. The cooling device comprises an air duct, which is adapted to introduce cooling air from a fan to only a few of the slots and there in these slots, wherein the slots are just between the winding heads of one end of the laminated core and further slots of the laminated core (ie the outlet openings) ,

Die im Folgenden erläuterten Weiterbildungen der Erfindung sind hier in Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen elektrischen Maschine erläutert. Die Weiterbildungen treffen aber in gleicher Weise auch auf das erfindungsgemäße Statorsegment und das erfindungsgemäße Verfahren zu, d.h. sie stellen auch Merkmale von Weiterbildungen dieser Aspekte der Erfindung dar. The developments of the invention explained below are explained here in connection with the electric machine according to the invention. However, the developments apply in the same way also to the stator according to the invention and the inventive method, i. they are also features of developments of these aspects of the invention.

In der Regel weisen bei einem Stator dessen Blechpakete Wicklungsköpfe an zwei gegenüberliegenden Enden der Blechpakete auf. Entsprechend sieht eine Weiterbildung der erfindungsgemäßen Maschine weitere Eintrittsöffnungen vor, sodass sich jeweils zwischen den Wicklungsköpfen beider Enden des Blechpakets einerseits und den Austrittsöffnungen in der Mitte des Blechpakets andererseits jeweils Eintrittsöffnungen befinden. Entsprechend sind dann auch zwei Luftleitkanäle vorgesehen, von denen jeder an der dem Luftspalt der elektrischen Maschine abgewandten Seite angeordnet ist und von denen jeder dazu ausgebildet ist, Kühlluft zwischen dem Lüfter und den Eintrittsöffnungen jeweils eines Endes des Blechpakets zu führen. Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass die Kühlluft nur auf einem verhältnismäßig kurzen Abschnitt innerhalb des Luftspalts gefördert werden muss, sodass für das Fördern entsprechend wenig Lüfterleistung nötig ist. In general, in a stator whose laminated cores winding heads on two opposite ends of the laminated cores. Accordingly, a development of the machine according to the invention provides further inlet openings, so that in each case between the winding heads of both ends of the laminated core on the one hand and the outlet openings in the middle of the laminated core on the other hand each inlet openings are located. Accordingly, two air ducts are then provided, each of which is arranged on the side facing away from the air gap of the electric machine and each of which is adapted to guide cooling air between the fan and the inlet openings in each case one end of the laminated core. This results in the advantage that the cooling air must be promoted only on a relatively short section within the air gap, so that correspondingly less fan power is required for conveying.

Um mittels eines einzigen Lüfters beide Luftleitkanäle eines Blechpakets mit Kühlluft versorgen zu können bzw. aus beiden Luftkanälen Kühlluft absaugen zu können, weist zumindest eines der Blechpakete einen Querkanal auf, welcher die beiden Luftleitkanäle miteinander verbindet. In order to be able to supply both air ducts of a laminated core with cooling air by means of a single fan or to be able to extract cooling air from both air ducts, at least one of the laminated cores has a transverse duct which connects the two air ducts to one another.

Eine andere vorteilhafte Weiterbildung der elektrischen Maschine sieht vor, dass die Luftleitkanäle zweier benachbarter Blechpakete verbunden sind. Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass die beiden Blechpakete mittels eines gemeinsamen Lüfters gekühlt werden können, der dann an einem der beiden Blechpakete befestigt sein kann. Sind die Luftleitkanäle mehrerer Blechpakete miteinander verbunden, von denen zumindest zwei mit einen Lüfter aufweisen, ist durch dieses Konzept eine Redundanz der Kühler gegeben. Fällt nämlich ein Kühler aus, so kann dies durch eine Leistungssteigerung der verbleibenden Kühleinheiten benachbarter Blechpakete ausgeglichen werden. Another advantageous development of the electric machine provides that the air ducts of two adjacent laminated cores are connected. This results in the advantage that the two laminated cores can be cooled by means of a common fan, which can then be attached to one of the two laminated cores. If the air ducts of a plurality of laminated cores are connected to one another, of which at least two have a fan, this concept provides for a redundancy of the radiators. If a cooler fails, this can be compensated for by an increase in the power of the remaining cooling units of adjacent laminated cores.

Insgesamt ist es somit möglich, eine elektrische Maschine bereitzustellen, die aus mehreren Statorsegmenten, d.h. mehreren der beschriebenen Blechpakete, zusammengesetzt ist, wobei hierbei nur einige dieser Blechpakete jeweils einen Lüfter aufweisen. Indem die Lüfter also jeweils an einem der Blechpakete montiert sind, bleiben die Segmentschnittstellen zwischen den Blechpaketen zugänglich, sodass die Blechpakete unabhängig voneinander austauschbar bleiben. Overall, it is thus possible to provide an electric machine consisting of a plurality of stator segments, i. several of the laminated cores described, is composed, in which case only some of these laminated cores each have a fan. Thus, by mounting the fans on each of the laminations, the segment interfaces between the laminations remain accessible, allowing the laminations to remain interchangeable independently of each other.

Da sich bei der erfindungsgemäßen Maschine die Kühlluft mit verhältnismäßig geringem Druckverlust umwälzen lässt, eignet sie sich insbesondere auch zum Realisieren eines geschlossenen Kühlluftkreislaufs. Hierzu ist zumindest bei einem Blechpaket ein Lüfter vorgesehen, welchem ein Wärmetauscher vor- oder nachgeschaltet ist. Der Lüfter ist dann dazu ausgebildet, die Kühlluft in einem geschlossenen Kreislauf sowohl durch den Luftspalt als auch durch den Wärmetauscher zu fördern. Bei dem Wärmetauscher kann es sich beispielsweise um den bereits erwähnten Luft-Wasser-Kühler handeln. Since the cooling air can be circulated with relatively low pressure loss in the machine according to the invention, it is particularly suitable for realizing a closed cooling air circuit. For this purpose, a fan is provided at least in a laminated core, which is upstream or downstream of a heat exchanger. The fan is then adapted to convey the cooling air in a closed circuit both through the air gap and through the heat exchanger. The heat exchanger can be, for example, the already mentioned air-water cooler.

Als Lüfter werden bevorzugt Radiallüfter verwendet, die einen extrem niedrigen Einbauraum benötigen und die für die Anwendung insbesondere in einer Windkraftanlage ausgelegt sind. Bevorzugt sind die Radiallüfter drehzahlgesteuert, wodurch sich der Energiehaushalt einer solchen Windkraftanlage verbessern lässt. As a fan radial fans are preferably used, which require an extremely low installation space and which are designed for use in particular in a wind turbine. Preferably, the radial fans are speed-controlled, whereby the energy balance of such a wind turbine can be improved.

Gemäß der Erfindung wird der Kühlluftstrom über zumindest einen Luftleitkanal gezielt zu bestimmten Durchtrittsöffnungen geführt. Indem die Luftleitkanäle mehrerer Statorsegmente miteinander verbunden sein können, wird zusätzlich erreicht, dass bei Ausfall eines Lüfters durch eine entsprechende Versorgung der übrigen Lüfter mit mehr elektrischer Leistung weiterhin eine gleichmäßige Kühlung gewährleistet bleibt. Um hierbei zu verhindern, dass ungewollt Luft durch das stillstehende Lüfterrad strömt, kann eine Ventileinrichtung bei dem Lüfter zumindest eines Blechpakets vorgesehen sein, durch welche sich der Luftstrom derart steuern lässt, dass er nur in eine Richtung durch die elektrische Maschine strömen kann. Dies verhindert wirkungsvoll einen Rückfluss der Kühlluft. According to the invention, the cooling air flow is directed via at least one air duct to specific passage openings. By virtue of the fact that the air ducts of a plurality of stator segments can be connected to one another, it is additionally achieved that, in the event of the failure of one fan, a corresponding cooling of the remaining fans with more electrical power will continue to ensure uniform cooling. In order to prevent unwanted air from flowing through the stationary fan wheel, a valve device may be provided in the fan of at least one laminated core, by means of which the air flow can be controlled such that it can only flow in one direction through the electric machine. This effectively prevents backflow of the cooling air.

Baulich besonders einfach und kostengünstig lässt sich eine solche Ventileinrichtung mittels eines Flatterventils realisieren. Structurally particularly simple and cost-effective, such a valve device can be realized by means of a flutter valve.

Die Erfindung ist auch mit mehr als den zwei beschriebenen Luftleitkanälen realisierbar. Mit anderen Worten können z. B. bei einer elektrischen Maschine mit einem Rotor in einer Richtung entlang der Rotationsachse zwei oder mehr, in Umlaufrichtung des Rotors verlaufende Luftleitkanäle angeordnet sein, welche mit dem Luftspalt der elektrischen Maschine über jeweilige Einstromöffnungen fluidisch verbunden sind. Zwischen den einzelnen Luftleitkanälen befinden sich dabei im Stator jeweils Austrittsöffnungen, so dass die über einen der Luftleitkanäle in den Luftspalt einströmende Luft über die angrenzenden Austrittsöffnungen wieder aus dem Luftspalt ausströmen kann und nicht an den Eintrittsöffnungen der anderen Luftleitkanäle vorbeiströmen muss. The invention can also be realized with more than the two air ducts described. With In other words, z. B. in an electrical machine with a rotor in a direction along the axis of rotation two or more, be arranged in the direction of rotation of the rotor Luftleitkanäle which are fluidly connected to the air gap of the electric machine via respective inflow openings. In each case, outlet openings are located in the stator between the individual air guide channels, so that the air flowing into the air gap via one of the air guide channels can flow out of the air gap via the adjacent outlet openings and does not have to flow past the inlet openings of the other air guide channels.

Im Folgenden wird die Erfindung noch einmal genauer anhand eines konkreten Beispiels erläutert. Hierzu zeigt: In the following, the invention will be explained in more detail again with reference to a concrete example. This shows:

1 eine schematische Darstellung einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen elektrischen Maschine; 1 a schematic representation of a preferred embodiment of the electric machine according to the invention;

2 eine schematische Darstellung eines Lüfters mit vorgeschaltetem Wärmetauscher, wie sie beide in der elektrischen Maschine von 1 eingebaut sein können; 2 a schematic representation of a fan with upstream heat exchanger, as both in the electric machine of 1 can be installed;

3 eine schematische Darstellung eines Statorsegments mit Lüfter, welches in der elektrischen Maschine von 1 eingebaut sein kann; 3 a schematic representation of a stator with fan, which in the electric machine of 1 can be installed;

4 eine schematische Darstellung eines Schnitts durch das Statorsegment von 3 in perspektivischer Ansicht; 4 a schematic representation of a section through the stator of 3 in perspective view;

5 eine schematische Darstellung eines Längsschnitts durch das Statorsegment von 3; 5 a schematic representation of a longitudinal section through the stator of 3 ;

6 eine weitere schematische Darstellung des Statorsegments von 3 in perspektivischer Ansicht; und 6 a further schematic representation of the stator of 3 in perspective view; and

7 zu der Darstellung von 6 den Verlauf von Teilströmen eines Kühlluftstroms. 7 to the representation of 6 the course of partial flows of a cooling air flow.

Bei dem im Folgenden erläuterten Beispiel stellen die beschriebenen Komponenten der elektrischen Maschine jeweils einzelne, unabhängig voneinander zu betrachtende Merkmale der elektrischen Maschine dar, welche die elektrische Maschine jeweils auch unabhängig voneinander weiterbilden und damit auch einzeln oder in einer anderen als der gezeigten Kombination als Bestandteil der Erfindung anzusehen sind. In the example explained below, the described components of the electric machine each represent individual, independently of each other to be considered features of the electric machine, which each further independently form the electrical machine and thus also individually or in a different combination than shown as part of To be considered invention.

In 1 ist eine elektrische Maschine 10 mit einem Stator 12 und einem (nur skizzenhaft dargestellten) Rotor 14 gezeigt. Bei der elektrischen Maschine 10 kann es sich beispielsweise um einen Generator in einer Windkraftanlage handeln. Ein Durchmesser des Stators 12 kann dann beispielsweise 4m bis 6m betragen. Der Rotor 14 ist hier als Außenläufer ausgebildet, der Stator 12 befindet sich im Inneren des Rotors 14 und weist eine hohlzylindrische Grundform auf. Zwischen dem Stator 12 und dem Rotor 14 ist ein Luftspalt 16 ausgebildet. 1 zeigt die elektrische Maschine 10 in einem Schnitt, welcher senkrecht zu einer Rotationsachse des Rotors 14 gebildet ist. Der Stator 12 ist aus einzelnen Statorsegmenten 18, 20, 22, 24 zusammengesetzt, von denen in 1 lediglich einige mit Bezugszeichen versehen sind. Jedes der Statorsegmente 18 bis 24 umfasst ein Blechpaket, in welchem elektrische Wicklungen angeordnet sind, mittels welchen in dem Luftspalt 16 ein magnetisches Feld erzeugt werden kann. Die Blechpakete und die Wicklungen stellen elektrisch aktive Bauteile der elektrischen Maschine 10 dar. Um diese elektrisch aktiven Bauteile zu kühlen, sind in den Stator 12 Kühleinheiten 26, 28, 30 eingebaut, von denen der Übersichtlichkeit halber wieder nur einige mit Bezugszeichen versehen sind. Die Kühleinheiten 26 bis 30 blasen Luft in Kühlluftkanäle, von denen in 1 lediglich ein Kühlluftkanal 32 gezeigt ist. Die Kühlluftkanäle stellen Luftleitkanäle dar. Der Kühlluftkanal 32 und der weitere Kühlluftkanal verläuft an den Blechpaketen der Statorsegmente 18 bis 24 an deren dem Luftspalt 16 abgewandten Seite in Umlaufrichtung entlang. Die Kühleinheiten 26 bis 30 sind jeweils an dem Blechpaket einiger der Statorsegmente 18, 20 befestigt. Dort blasen sie Kühlluft in die beiden Kühlluftkanäle ein. Die übrigen Statorsegmente 22, 24 werden durch den in dem Kühlluftkanal 32 und in dem anderen Kühlluftkanal geführten Kühlluftstrom mitgekühlt. In 1 is an electrical machine 10 with a stator 12 and a (sketched only) rotor 14 shown. At the electric machine 10 it may, for example, be a generator in a wind turbine. A diameter of the stator 12 can then be for example 4m to 6m. The rotor 14 is designed here as an external rotor, the stator 12 is inside the rotor 14 and has a hollow cylindrical basic shape. Between the stator 12 and the rotor 14 is an air gap 16 educated. 1 shows the electric machine 10 in a section which is perpendicular to an axis of rotation of the rotor 14 is formed. The stator 12 is made up of individual stator segments 18 . 20 . 22 . 24 composed of which in 1 only a few are provided with reference numerals. Each of the stator segments 18 to 24 comprises a laminated core, in which electrical windings are arranged, by means of which in the air gap 16 a magnetic field can be generated. The laminated cores and the windings are electrically active components of the electrical machine 10 In order to cool these electrically active components are in the stator 12 cooling units 26 . 28 . 30 incorporated, of which for clarity, only a few are provided with reference numerals. The cooling units 26 to 30 blow air into cooling air ducts, of which in 1 only a cooling air duct 32 is shown. The cooling air ducts represent air ducts. The cooling air duct 32 and the further cooling air passage runs on the laminated cores of the stator segments 18 to 24 at the air gap 16 facing away in the circumferential direction along. The cooling units 26 to 30 are each on the laminated core of some of the stator segments 18 . 20 attached. There, they blow in cooling air into the two cooling air ducts. The remaining stator segments 22 . 24 be through the in the cooling air duct 32 and co-cooled in the other cooling air duct guided cooling air flow.

Die Kühleinheiten 26 bis 30 können alle dieselbe Bauform aufweisen. In 2 ist deshalb beispielhaft die Kühleinheit 26 dargestellt. Die Kühleinheit 26 weist einen Radiallüfter 34 auf, mittels welchem Luft aus einem Inneren des Stators 12 durch einen Wärmetauscher 36 angesogen und in den Kühlluftkanal 32 eingeblasen wird. Der Wärmetauscher 36 weist Anschlüsse 38, 38’ auf, über welche der Wärmetauscher 36 mit einem Kühlmittel, beispielsweise Wasser, durchspült wird. Ein Motor 40 des Radiallüfters 34 ist vom Inneren des Stators 12 aus einfach zu erreichen, sodass bei einem Defekt des Radiallüfters 34 eine Person diesen leicht reparieren kann. The cooling units 26 to 30 can all have the same design. In 2 is therefore an example of the cooling unit 26 shown. The cooling unit 26 has a radial fan 34 on, by means of which air from an interior of the stator 12 through a heat exchanger 36 aspirated and into the cooling air duct 32 blown. The heat exchanger 36 has connections 38 . 38 ' on, over which the heat exchanger 36 is flushed with a coolant, such as water. An engine 40 of the radial fan 34 is from inside the stator 12 easy to reach, so if there is a malfunction of the radial fan 34 a person can fix this easily.

In 3 ist gezeigt, wie die Kühleinheit 26 innerhalb des Statorsegments 18 angeordnet ist. 3 zeigt das Blechpaket 42 des Statorsegments 18, an dem in Richtung der Rotationsachse 44 des Rotors 14 an jeweiligen Enden 46, 48 des Blechpakets 42 Wicklungsköpfe 50, 52 von in dem Blechpaket 42 angeordneten Wicklungen herausstehen. In 3 sind die Wicklungsköpfe 50 von dem Blechpaket 42 verdeckt. In 3 is shown as the cooling unit 26 within the stator segment 18 is arranged. 3 shows the laminated core 42 of the stator segment 18 , at the direction of the axis of rotation 44 of the rotor 14 at respective ends 46 . 48 of the laminated core 42 winding heads 50 . 52 in the laminated core 42 stand out arranged windings. In 3 are the winding heads 50 from the laminated core 42 covered.

Die den Luftspalt 16 begrenzende Oberfläche des Blechpakets 42 ist von der Bildebene von 3 abgewandt. Das Blechpaket 42 ist über Segmentschnittstellen 54, 56 mit den benachbarten Segmenten verbunden. Die Segmentschnittstelle 54 ist z. B. mit einer entsprechenden Segmentschnittstelle des Statorsegments 22 befestigt (siehe 1). An der dem Luftspalt abgewandten Seite 58 des Blechpakets 42, d.h. an der Innenseite des Stators 12, sind der Kühlluftkanal 32 und der weitere Kühlluftkanal 60 an dem Blechpaket 42 befestigt. Die Kühlluftkanäle 32, 60 weisen hier einen rechteckigen Querschnitt auf und sind zum Inneren des Stators 12 hin aus Wandungen gebildet, die aus gebogenen Blechen gebildet sein können. Die von dem Radiallüfter 34 geförderte Kühlluft wird über einen Querkanal 62 in die Kühlluftkanäle 32, 60 geleitet. Ein Gehäuse 64 des Radiallüfters 34 ist an dem Querkanal 62 befestigt. Der Querkanal 62 kann ebenfalls aus einem gebogenen Blech gebildet sein und einen rechteckigen Querschnitt aufweisen. The the air gap 16 bounding surface of the laminated core 42 is from the image plane of 3 away. The laminated core 42 is about segment interfaces 54 . 56 connected to the neighboring segments. The segment interface 54 is z. B. with a corresponding segment interface of the stator segment 22 attached (see 1 ). At the side facing away from the air gap 58 of the laminated core 42 ie on the inside of the stator 12 , are the cooling air duct 32 and the further cooling air duct 60 on the laminated core 42 attached. The cooling air channels 32 . 60 have a rectangular cross section and are inside the stator 12 out of walls formed, which may be formed from bent sheets. The from the radial fan 34 Promoted cooling air is via a transverse channel 62 into the cooling air channels 32 . 60 directed. A housing 64 of the radial fan 34 is at the cross channel 62 attached. The cross channel 62 may also be formed from a bent sheet metal and have a rectangular cross-section.

Die elektrische Maschine 10 wird mittels eines geschlossenen Kühlluftkreislaufes gekühlt. Im Folgenden ist hierzu anhand von 4 und 5 erläutert, wie sich der von dem Radiallüfter 34 erzeugte Kühlluftstrom in dem Statorsegment 18 und in dessen Umgebung im Inneren des Stators 12 ausbreitet. Der Radiallüfter 34 befördert die durch den Wärmetauscher 36 angesogene, gekühlte Luft als einen Hauptluftstrom 66 in den Querkanal 62, wo sich der Hauptluftstrom 66 in zwei Kühlluftströme 68, 70 aufteilt, die in axialer Richtung, d.h. parallel zur Rotationsachse 44, zu den jeweiligen Enden 46, 48 des Blechpakets 42 in die jeweiligen Kühlluftkanäle 32, 60 strömen. Im Folgenden bezieht sich die Erläuterung auf den Kühlluftstrom 70. Die Erläuterung trifft aber in entsprechender Weise auch auf den Kühlluftstrom 68 zu. Der Kühlluftstrom 70 strömt aus dem Querkanal 62 in den Kühlluftkanal 60 ein, wo er sich in Umfangsrichtung 72 in dem Luftleitkanal 60 verteilt. Die Umfangsrichtung 72 bezieht sich hier auf die Mantelfläche der hohlzylindrischen Grundform des Stators 12. The electric machine 10 is cooled by means of a closed cooling air circuit. The following is based on this 4 and 5 explains how the radial fan 34 generated cooling air flow in the stator segment 18 and in its environment inside the stator 12 spreads. The radial fan 34 carries the through the heat exchanger 36 sucked, cooled air as a main air flow 66 in the cross channel 62 where the main air flow 66 in two cooling air streams 68 . 70 divides, in the axial direction, ie parallel to the axis of rotation 44 , to the respective ends 46 . 48 of the laminated core 42 in the respective cooling air channels 32 . 60 stream. In the following, the explanation refers to the cooling air flow 70 , However, the explanation also applies in a corresponding manner to the cooling air flow 68 to. The cooling air flow 70 flows out of the cross channel 62 in the cooling air duct 60 one where he is in the circumferential direction 72 in the air duct 60 distributed. The circumferential direction 72 refers here to the lateral surface of the hollow cylindrical basic shape of the stator 12 ,

Das Blechpaket 42 weist im Bereich des Luftleitkanals 60 Durchtrittsöffnungen in Form von in Umfangsrichtung 72 länglich ausgebildeten Luftschlitzen 74 auf. Durch die Luftschlitze 74 kann Luft aus dem Kühlluftkanal 60 in den Luftspalt 16 einströmen. Die Luftschlitze 74 sind in axialer Richtung 44 im letzten drittel oder Viertel zum Ende 46 des Blechpakets 42 hin in dem Blechpaket 42 ausgebildet. Entsprechende Luftschlitze 76 verbinden zum Ende 48 hin den Luftleitkanal 32 mit dem Luftspalt 16. Zwischen den Luftschlitzen 74 und 76, welche Eintrittsöffnungen für die Luftströme 68 bzw. 70 in den Luftspalt 16 darstellen, befinden sich weitere Luftschlitze 78, durch welche Luft in das Innere zu der Seite 58 des Blechpakets 42 hin wieder aus dem Luftspalt 16 austreten kann. Die Luftschlitze 74, 76, 78 können in dem Blechpaket 42 dadurch ausgebildet sein, dass jeweils zwischen zwei benachbarten Blechen Stege angeordnet sind, welche diese Bleche voneinander beabstanden. Es ist auch möglich, in einzelnen Blechen entsprechende Aussparungen auszustanzen oder in dem Blechpaket 42 Bohrungen vorzusehen, welche Durchtrittsöffnungen für die Luftströme bilden. The laminated core 42 points in the area of the air duct 60 Passage openings in the form of in the circumferential direction 72 elongated louvers 74 on. Through the louvers 74 can air from the cooling air duct 60 in the air gap 16 flow. The louvers 74 are in the axial direction 44 in the last third or quarter to the end 46 of the laminated core 42 out in the laminated core 42 educated. Corresponding louvers 76 connect to the end 48 towards the air duct 32 with the air gap 16 , Between the louvres 74 and 76 , which inlet openings for the air streams 68 respectively. 70 in the air gap 16 represent, there are more louvers 78 through which air into the interior to the side 58 of the laminated core 42 back out of the air gap 16 can escape. The louvers 74 . 76 . 78 can in the laminated core 42 be formed by that between each two adjacent sheets webs are arranged, which space these sheets from each other. It is also possible to punch out corresponding recesses in individual sheets or in the laminated core 42 Provide holes that form passages for the air currents.

Der in Umfangsrichtung 72 in dem Luftleitkanal 60 verteilte Luftstrom 70 tritt dabei durch die Luftschlitze 74 in den Luftspalt 16 ein und teilt sich dort in zwei Teilströme 80, 82 auf. Der Teilstrom 80 strömt in dem Luftspalt 16 in axialer Richtung 44 zu den Wicklungsköpfen 50 und an diesen vorbei aus dem Luftspalt 16 und zurück in das Innere des Stators 12 zu dem Wärmetauscher 36, wodurch der Kühlluftkreislauf geschlossen ist. Der Teilstrom 82 strömt in axialer Richtung 44 in die entgegengesetzte Richtung in dem Luftspalt 16 zu dessen Mitte hin, wo er durch die Luftschlitze 78 ebenfalls aus dem Luftspalt 16 heraus und in das Innere des Stators 12 und zurück zu dem Wärmetauscher 36 strömt. The in the circumferential direction 72 in the air duct 60 distributed airflow 70 enters through the louvers 74 in the air gap 16 and divides there into two streams 80 . 82 on. The partial flow 80 flows in the air gap 16 in the axial direction 44 to the winding heads 50 and past them out of the air gap 16 and back to the inside of the stator 12 to the heat exchanger 36 , whereby the cooling air circuit is closed. The partial flow 82 flows in the axial direction 44 in the opposite direction in the air gap 16 towards the middle, where he passes through the louvers 78 also from the air gap 16 out and into the interior of the stator 12 and back to the heat exchanger 36 flows.

In 6 und 7 ist das Statorsegment 18 noch einmal gezeigt, wobei hier beide Enden 46, 48 gezeigt sind, die das Blechpaket 42 entlang der Rotationsachse 44 begrenzen. Durch die Luftleitkanäle 32, 60 ist das Blechpaket 42 in axialer Richtung 44 in insgesamt drei Bereiche 84, 86, 88 unterteilt, wobei in dem gezeigten Beispiel die Kühlluft aus dem Luftleitkanal 32 in dem Bereich 84 durch die Luftschlitze 76 durch das Blechpaket 42 in den Luftspalt 16 einströmt und sich dort in Teilströme 90, 92 aufteilt. In dem Bereich 86 tritt der Kühlluftstrom 70 durch die Luftschlitze 74 durch das Blechpaket 42 in den Luftspalt 16 ein und teilt sich, wie bereits beschrieben, in die Teilströme 80, 82 im Luftspalt 16 auf. Die Teilströme 82, 90 strömen innerhalb des Luftspalts 16 zum mittleren Drittel des Blechpakets 42 in axialer Richtung 44 zu den Luftschlitzen 78 (wo sie sich treffen, so dass ein Überdruck entsteht) und treten dort durch die Luftschlitze 78 in radialer Richtung zur Rotationsachse 44 hin in das Statorinnere im Bereich 88 ein. Durch Vorgeben bestimmter Strömungsquerschnitte der Luftschlitze 74 bis 78, oder allgemein der Durchtrittsöffnungen des zumindest einen Blechpakets eines Stators der erfindungsgemäßen Maschine, können die Verhältnisse der Massenströme der Teilströme 80, 82, 90, 92 eingestellt werden. In 6 and 7 is the stator segment 18 shown again, here both ends 46 . 48 shown are the laminated core 42 along the axis of rotation 44 limit. Through the air ducts 32 . 60 is the laminated core 42 in the axial direction 44 in a total of three areas 84 . 86 . 88 divided, in the example shown, the cooling air from the air duct 32 in that area 84 through the louvers 76 through the laminated core 42 in the air gap 16 flows in and there in sub-streams 90 . 92 divides. In that area 86 occurs the cooling air flow 70 through the louvers 74 through the laminated core 42 in the air gap 16 and shares, as already described, in the partial flows 80 . 82 in the air gap 16 on. The partial flows 82 . 90 flow inside the air gap 16 to the middle third of the laminated core 42 in the axial direction 44 to the louvres 78 (where they meet, creating an overpressure) and step through the louvers 78 in the radial direction to the axis of rotation 44 towards the inside of the stator in the area 88 one. By specifying certain flow cross sections of the air slots 74 to 78 , or generally the passage openings of the at least one laminated core of a stator of the machine according to the invention, the ratios of the mass flows of the partial streams 80 . 82 . 90 . 92 be set.

In Zusammenhang mit dem hier erläuterten Beispiel ist angenommen worden, dass der Radiallüfter 34 die Kühlluftströme 68, 70 in den Querkanal 62 einbläst. Für den Fall, dass der Radiallüfter 34 Luft aus dem Querkanal 62 heraussaugt, ergeben sich umgekehrte Strömungsrichtungen. In connection with the example explained here it has been assumed that the radial fan 34 the cooling air streams 68 . 70 in the cross channel 62 blows. In the event that the radial fan 34 Air from the cross channel 62 sucked out, there are reverse flow directions.

Zwischen dem Radiallüfter 34 und dem Querkanal 62 kann sich ein (nicht dargestelltes) Flatterventil zum Vermeiden eines Rückflusses der Kühlluftströme 68, 70 befinden. Between the radial fan 34 and the cross channel 62 may be a (not shown) flutter valve to avoid a backflow of the cooling air streams 68 . 70 are located.

Durch das hier beschriebene Kühlungskonzept wird der Druckabfall reduziert, welcher sich in den Kühlluftströmen 68, 70 beim Durchströmen des Luftspalts 16 in Form der Teilströme 80, 82, 90, 92 ergibt. Um diesen Effekt zu erläutern, wird im Folgenden noch einmal die herkömmliche Kühlungsmethode anhand von 6 beschrieben. Die herkömmliche Kühlungsmethode sieht vor, dass ein Lüfter einen Luftstrom im Bereich 88 oder über sämtliche Bereiche 84, 86, 88 verteilt durch die Luftschlitze 74, 76, 78 in den Luftspalt 16 einbläst. Die Kühlluft muss dann durch den gesamten Luftspalt in axialer Richtung 44 zu den Wicklungsköpfen 50, 52 gepresst werden. Um hierbei noch ausreichend Kühlleistung im Bereich der Wicklungsköpfe 50, 52 zu erhalten, muss die Kühlluft mit einer größeren Antriebsleistung durch den Luftspalt 16 gefördert werden, als es bei der erfindungsgemäßen elektrischen Maschine 10 nötig ist. Die Optimierung gemäß der Erfindung ergibt sich dadurch, dass die Teilströme 80, 82, 90, 92 nur verhältnismäßig kurze Wege durch den sehr schmalen Luftspalt 16 zurücklegen, sodass sich auch ein entsprechend geringerer Druckabfall ergibt. Eine weitere Optimierung besteht darin, dass die Kühlluftströme 68, 70 auch in benachbarte Statorsegmente eintreten können, sodass nicht für jedes Statorsegment 18 bis 24 eine eigene Kühleinheit 26 bis 30 bereitgestellt sein muss. The cooling concept described here reduces the pressure drop which occurs in the cooling air streams 68 . 70 when flowing through the air gap 16 in the form of the partial streams 80 . 82 . 90 . 92 results. To explain this effect, the following is again the conventional cooling method based on 6 described. The conventional cooling method provides that a fan has an airflow in the area 88 or over all areas 84 . 86 . 88 distributed through the louvers 74 . 76 . 78 in the air gap 16 blows. The cooling air must then pass through the entire air gap in the axial direction 44 to the winding heads 50 . 52 be pressed. In this case still sufficient cooling capacity in the area of the winding heads 50 . 52 To get the cooling air with a larger drive power through the air gap 16 are promoted, as it is in the inventive electric machine 10 is necessary. The optimization according to the invention results from the fact that the partial flows 80 . 82 . 90 . 92 only relatively short distances through the very narrow air gap 16 cover, so that also results in a correspondingly lower pressure drop. Another optimization is that the cooling air flows 68 . 70 can also occur in adjacent stator segments, so not for each stator segment 18 to 24 a separate cooling unit 26 to 30 must be provided.

Claims

Electric machine ( 10 ) with a stator ( 12 ), which at least one laminated core ( 42 ), in which windings are arranged, of which winding heads ( 50 . 52 ) at a first end ( 46 . 48 ) of the laminated core ( 42 ) are arranged, wherein the laminated core ( 42 ) Inlet and outlet openings ( 74 . 76 . 78 ), through which in each case one from the stator ( 12 ) and a runner ( 14 ) of the electric machine ( 10 ) limited air gap ( 16 ) with an air gap ( 16 ) facing away ( 58 ) of the laminated core ( 42 ) is fluidically connected, characterized in that the inlet openings ( 74 . 76 ) between the winding heads ( 50 . 52 ) and the outlet openings ( 78 ) are arranged, wherein a first air duct ( 32 . 60 ) is provided, which at the the air gap ( 16 ) facing away ( 58 ) of the laminated core ( 42 ) and which is adapted to cool air between a fan ( 34 ) and the inlet openings ( 74 . 76 ) and thereby by operating the fan ( 34 ) a cooling air flow ( 68 . 70 ), which in the air gap ( 16 ) to a part ( 80 . 92 ) between the inlet openings ( 74 . 76 ) and the winding heads ( 50 . 52 ) and to another part ( 82 . 90 ) between the inlet openings ( 74 . 76 ) and the outlet openings ( 78 ) flows.

Electric machine ( 10 ) according to claim 1, wherein in the at least one laminated core ( 42 ) other winding heads ( 50 . 52 ) of the windings at a first end ( 46 . 48 ) opposite second end ( 46 . 48 ) of the laminated core ( 42 ) are arranged and the laminated core ( 42 ) further inlets ( 74 . 76 ) of the type mentioned, which between the other winding heads ( 50 . 52 ) and the outlet openings ( 78 ) are arranged, and wherein a second air duct ( 32 . 60 ) is provided, which at the the air gap ( 16 ) facing away ( 58 ) and through which the fan ( 34 ) and the other inlets ( 74 . 76 ) are connected.

Electric machine ( 10 ) according to claim 2, wherein at least one laminated core ( 42 ) the first and the second air duct ( 32 . 60 ) over a transverse channel ( 62 ) are interconnected.

Electric machine ( 10 ) according to one of the preceding claims, wherein the air ducts ( 32 . 60 ) of two adjacent laminated cores ( 18 to 24 ) are connected.

Electric machine ( 10 ) according to any one of the preceding claims, wherein the stator ( 12 ) has a hollow cylindrical basic shape and by the at least one laminated core ( 42 ) one segment each ( 18 to 24 ) is formed of the hollow cylindrical basic shape.

Electric machine ( 10 ) according to one of the preceding claims, wherein the electric machine ( 10 ) several laminated cores ( 18 to 24 ) and only a few of them ( 18 . 20 ) one fan each ( 34 ) exhibit.

Electric machine ( 10 ) according to one of the preceding claims, wherein at least one laminated core ( 42 ) a fan ( 34 ), to which a heat exchanger ( 36 ) is upstream or downstream and which is adapted to the cooling air in a closed circuit both through the air gap ( 16 ) as well as through the heat exchanger ( 36 ) to promote.

Electric machine ( 10 ) according to one of the preceding claims, wherein at least one laminated core ( 42 ) a fan ( 26 ) with a valve device, in particular a flutter valve.

Electric machine ( 10 ) according to one of the preceding claims, wherein at least one laminated core ( 42 ) a radial fan ( 34 ), in particular a speed-controlled radial fan ( 34 ).

Electric machine ( 10 ) according to one of the preceding claims, wherein the runner ( 14 ) is an external rotor.

Stator segment ( 18 to 24 ) an electric machine ( 10 ), which a laminated core ( 42 ) and a cooling device ( 26 to 30 ), wherein in the laminated core ( 42 ) Windings and at least one end ( 46 . 48 ) of the laminated core ( 42 ) Winding heads ( 50 . 52 ) of the windings are arranged and wherein the laminated core ( 42 ) Louvers ( 74 . 76 . 78 ), through which air through the laminated core ( 42 ) and can be conveyed through the windings, characterized in that the cooling device ( 26 to 30 ) an air duct ( 32 . 60 ), which is adapted to cool air from a fan ( 34 ) to a predetermined number of slots ( 74 . 76 ) and there in these slots ( 74 . 76 ), whereby the slots ( 74 . 76 ) between the winding heads ( 50 . 52 ) of an end ( 46 . 48 ) of the laminated core ( 42 ) and further slots ( 78 ) of the laminated core ( 42 ) are located.

Method for cooling an electric machine ( 10 ), in which between a stator ( 12 ) and a rotor ( 14 ) an air gap ( 16 ) is formed, wherein the rotor ( 14 ) a rotation axis ( 44 ), comprising the steps of: - generating a cooling air flow ( 68 . 70 ) by means of a fan ( 34 ); - splitting the cooling air flow ( 68 . 70 ) by providing passage openings ( 74 . 76 . 78 ) in the stator ( 12 ) and thereby forming four separate substreams ( 80 . 82 . 90 . 92 ), each having a lower mass flow than the cooling air flow ( 68 . 70 ) all in all; - Flow through different axial sections of the air gap ( 16 ) each with one of the partial streams ( 80 . 82 . 90 . 92 ).