DE19919040A1

DE19919040A1 - Electric machine, in particular three-phase machine

Info

Publication number: DE19919040A1
Application number: DE19919040A
Authority: DE
Inventors: Helmuth Beneke
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1999-02-25
Filing date: 1999-04-27
Publication date: 2000-09-07
Anticipated expiration: 2019-04-28
Also published as: DE19919040C2

Abstract

Die erfindungsgemäße Elektromaschine weist einen Ständer (13) und einen Läufer auf. Im Ständer (13) und im Läufer sind Ständerkanäle (24) bzw. Läuferkanäle (25) angeordnet. Ein Kühlmedium nimmt im Bereich der Läuferkanäle (25) Wärme aus dem Läufer auf und gibt sie im Bereich der Ständerkanäle (24) an den Ständer (13) ab. DOLLAR A Die erfindungsgemäße Elektromaschine eignet sich insbesondere als Synchrongenerator für große Windenergieanlagen im Offshore-Bereich.The electric machine according to the invention has a stand (13) and a rotor. Stator channels (24) and rotor channels (25) are arranged in the stator (13) and in the rotor. A cooling medium absorbs heat from the rotor in the area of the runner channels (25) and releases it to the stand (13) in the area of the stator channels (24). DOLLAR A The electric machine according to the invention is particularly suitable as a synchronous generator for large wind turbines in the offshore area.

Description

Die Erfindung betrifft eine Elektromaschine, insbesondere eine Drehstrommaschine mit einem Ständer und einem Läufer sowie Kühlmittelkanälen für ein Kühlmedium zum Kühlen von Ständer und Läufer.The invention relates to an electric machine, in particular a three-phase machine with a stator and a rotor and coolant channels for a cooling medium for cooling Stand and runner.

Eine solche Elektromaschine ist beispielsweise aus der DE 35 28 347 A1 bekannt. Bei dieser Elektromaschine werden Ständer und Läufer im Luftspalt durch vakuumdicht eingeschweißte Spaltrohre voneinander getrennt. Zwischen die beiden Spaltrohre wird eine Kühlflüssigkeit geleitet, die die Verlustleistung der Maschine sowohl vom Ständer als auch vom Läufer aufnimmt. Der Spalt zwischen Ständer und Läufer ist somit der Kühlmittelkanal für das Kühlmedium. Nachteilig bei dieser Elektromaschine ist, daß die Wickelköpfe der Wicklungen von Ständer und Läufer nicht getrennt gekühlt werden. Sie müssen ihre Wärme längs der Wicklung in die Blechpakete von Ständer bzw. Läufer abgeben.Such an electric machine is for example from the DE 35 28 347 A1 known. With this electric machine Stands and runners in the air gap become vacuum-tight welded canned tubes separated from each other. Between a coolant is passed through the two can, which is the power loss of the machine from both the stand as well as from the runner. The gap between the stands and rotor is therefore the coolant channel for the Cooling medium. The disadvantage of this electric machine is that the winding heads of the windings of stator and rotor not be cooled separately. You need their warmth along the winding in the laminated core of the stand or Submit runners.

Aus der WO 89 00 784 A1 (entsprechend EP 0 329 790 A1) ist eine Elektromaschine bekannt, bei der zu beiden Stirnseiten von Läufer und Ständer eine Kühlflüssigkeit eingeleitet, an den Stirnseiten vorbeigeführt und auf der diametral gegenüberliegenden Seite wieder abgeleitet wird. Es sind somit zwei Kühlkanäle, nämlich jeweils einer auf einer Stirnseite vorhanden. Gekühlt werden hier nur die Wickelköpfe. Der Läufer verfügt über keine gesonderte Kühlung. Der Ständer wird über einen gesonderten, die Ständerblechpakete umgebenden Gehäusemantel flüssigkeitsgekühlt. Diese Elektromaschine ist insbesondere für den Einsatz als Spindelantrieb in Zerspanungsmaschinen gedacht, bei der Wärmeeinleitungen in das Gehäuse der Zerspanungsmaschine vermieden werden müssen. Diese würden sonst nämlich zu Toleranzverschiebungen an den zu bearbeitenden Werkstücken führen.From WO 89 00 784 A1 (corresponding to EP 0 329 790 A1) an electric machine is known in the case of both The faces of the runner and the stand contain a coolant initiated, led past the end faces and on the diametrically opposite side derived again becomes. There are therefore two cooling channels, namely each one on one end. To be cooled here only the winding heads. The runner has none separate cooling. The stand is over one separate, surrounding the stator core Housing jacket liquid-cooled. This electric machine is particularly suitable for use as a spindle drive in Cutting machines thought when introducing heat can be avoided in the housing of the cutting machine have to. Otherwise they would become too Tolerance shifts on those to be processed Guide workpieces.

Darüber hinaus sind noch unterschiedliche Ausführungen von flüssigkeitsgekühlten Elektromaschinen bekannt, bei dem eine Kühlflüssigkeit durch eine Hohlwelle für den Läufer geführt wird. So befaßt sich zum Beispiel die WO 90 11 640 A1 mit der verbesserten Gestaltung der Hohlwelle und einer Ölförderspindel eines hochtourigen, 4-poligen Synchrongenerators für das Bordnetz von Flugzeugen. Ebenso betrifft auch die EP 0 688 090 A1 die Gestaltung einer ölgekühlten Hohlwelle am Beispiel eines Asynchronmotors mit flüssigkeitsgekühlten Gehäusemantel für einen Traktionsantrieb.In addition, there are different versions known from liquid-cooled electrical machines, at which a coolant through a hollow shaft for the Runner is led. For example, the WO 90 11 640 A1 with the improved design of the Hollow shaft and an oil pump spindle of a high-speed, 4-pole synchronous generator for the vehicle electrical system from Airplanes. EP 0 688 090 A1 also relates to Design of an oil-cooled hollow shaft using the example of a Asynchronous motor with liquid-cooled casing for a traction drive.

All den vorgenannten Ausführungen ist gemeinsam, daß sie einen erhöhten technischen Aufwand nach sich ziehen. Dieses erhöht nicht nur die Herstellungskosten, sondern zieht auch Wartungsaufwand nach sich.All of the above is common in that they involve an increased technical effort. This not only increases the manufacturing costs, but also also entails maintenance.

Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, eine Elektromaschine zu schaffen, die sich durch einen kompakten Aufbau mit geringem Volumen und hohe Schutzart auszeichnet sowie ohne wartungsintensive Komponenten auskommt.The invention is based on the problem of a To create an electric machine that stands out compact design with low volume and high degree of protection distinguished and without maintenance-intensive components gets along.

Zur Lösung dieses Problems ist die erfindungsgemäße Elektromaschine dadurch gekennzeichnet, daß im Ständer Ständerkanäle und im Läufer Läuferkanäle als Teil eines Kühlkreislaufs angeordnet sind, wobei das Kühlmedium im Bereich der Läuferkanäle Wärme aus dem Läufer aufnimmt und im Bereich der Ständerkanäle an den Ständer abgibt.To solve this problem is the invention Electric machine characterized in that in the stand Stand channels and in the runner runner channels as part of one Cooling circuit are arranged, the cooling medium in the Area of the runner channels absorbs heat from the runner and delivers to the stand in the area of the stand channels.

Bei Drehstrommaschinen in der Ausführungsform als Synchronmaschine mit Schenkelpolläufer werden die Läuferkanäle durch Pollücken gebildet. In den Ausführungsformen als Synchronmaschine mit Vollpolläufer oder als Asynchronmaschine werden die Läuferkanäle durch in die Läuferbleche des Läuferblechpakets eingestanzte Kühlluftkanäle gebildet.In three-phase machines in the embodiment as The synchronous machine with a stub pole runner will be the Runner channels formed by pole gaps. In the Embodiments as a synchronous machine with full-pole rotor or as an asynchronous machine, the rotor channels are through stamped into the rotor plates of the rotor plate package Cooling air channels formed.

Erfindungsgemäß ist somit ein innerer Kühlkreislauf in der Elektromaschine gegeben. Die Wärme wird von dem Kühlmedium vom Läufer übernommen und an den kühleren Ständer abgegeben. Von hier wird die Läuferwärme zusammen mit der Ständerwärme nach außen geführt. Der geschlossene Kühlkreislauf weist gegenüber durchzugsgekühlten Maschinen zudem den Vorteil auf, daß ein vergleichsweise geringes Volumen des Kühlmediums und weniger Trennfugen gegeben sind. Dieses ist insbesondere dann von Vorteil, wenn die Elektromaschine in explosionsgefährdeter Umgebung, beispielsweise auf Ölbohrplattformen, gekapselt oder vor Inbetriebnahme mit Luft gespült werden muß. Auch bei gekapselten Elektromaschinen für den Einsatz unter aggressiven Umgebungsbedingungen, beispielsweise im Offshore-Bereich, ist dies aufgrund des geringen Kühlmediumvolumens von Vorteil. According to the invention, an internal cooling circuit is thus in given the electric machine. The heat is from that Coolant taken from the rotor and on the cooler Stand delivered. From here the rotor heat is combined led to the outside with the stator heat. The closed one Cooling circuit points to draft-cooled Machines also have the advantage that a comparatively low volume of the cooling medium and fewer joints given are. This is particularly advantageous if if the electric machine is in a potentially explosive atmosphere Enclosed environment, for example on oil drilling platforms or must be flushed with air before start-up. Also for encapsulated electrical machines for use under aggressive environmental conditions, for example in Offshore area, this is due to the low Coolant volume is an advantage.

Vorzugsweise ist der Kühlkreislauf aus den Ständerkanälen, den Läuferkanälen und Hohlräumen im Bereich von Ständerwickelköpfen, also an den Stirnseiten des Ständers, gebildet. Die Ständerwickelköpfe bilden häufig einen besonders wärmebelasteten Bereich der Elektromaschine dar. Diese werden ebenfalls durch das Kühlmedium gekühlt und die Verlustwärme an den Ständer abgegeben.The cooling circuit is preferably from the Stator channels, the rotor channels and cavities in the Area of stator end windings, i.e. on the end faces of the stand. Form the stand winding heads often a particularly heat-loaded area of the Electric machine. These are also by the Cooling medium cooled and the heat loss at the stand submitted.

Als Kühlmedium wird vorzugsweise ein Gas, insbesondere Luft, verwendet. Gase sind elektrisch nicht leitend und erfordern keine besonderen Abdichtungsmaßnahmen der bewegten Teile. Der konstruktive Aufwand läßt sich somit weiter verringern.A gas, in particular, is preferably used as the cooling medium Air, used. Gases are not electrically conductive and do not require any special sealing measures moving parts. The design effort can thus be further decrease.

Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist der Ständer der Elektromaschine mit einem Ständergehäuse versehen. Dieses weist seinerseits Kühlkanäle für ein zweites Kühlmedium auf. Dieses Kühlmedium ist vorzugsweise eine Kühlflüssigkeit, beispielsweise Wasser. Die vom Läufer und den Ständerwickelköpfen in den Ständer eingeleitete Wärme wird in diesem Fall vom Ständer an das Ständergehäuse übergeben und von hier durch die Kühlflüssigkeit aufgenommen.According to a development of the invention, the stand is the electrical machine with a stand housing. This in turn has cooling channels for a second Cooling medium. This cooling medium is preferably one Cooling liquid, for example water. The one from the runner and the stator winding heads introduced into the stator In this case, heat is transferred from the stand to the Pass the stator housing and from here through the Coolant added.

Weitere Merkmale der Erfindung beziehen sich auf konstruktive Einzelheiten der Elektromaschine.Further features of the invention relate to constructive details of the electric machine.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in der Zeichnung näher dargestellten Ausführungsbeispiels erläutert. In der Zeichnung zeigen:The invention is based on one in the Drawing illustrated embodiment explained. The drawing shows:

Fig. 1 Ein erstes Ausführungsbeispiel einer Elektromaschine mit den Erfindungsmerkmalen im Längsschnitt, Fig. 1 A first embodiment of an electric machine with the features of the invention in longitudinal section;

Fig. 2 einen Aktivteil einer Elektromaschine nach Fig. 1 im Querschnitt, Fig. 2 is an active part of an electrical machine according to Fig. 1 in cross section,

Fig. 3 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Elektromaschine mit den Erfindungsmerkmalen im Längsschnitt, Fig. 3 shows another embodiment of an electric machine with the features of the invention in longitudinal section;

Fig. 4 einen Aktivteil einer Elektromaschine nach Fig. 3 im Querschnitt Fig. 4 shows an active part of an electric machine according to Fig. 3 in cross section

Die in den Fig. 1 und 2 gezeigte Elektromaschine ist ein 16-poliger Synchrongenerator für eine größere Windenergieanlage, die im Offshore-Bereich aufgestellt werden soll.The electric machine shown in FIGS. 1 and 2 is a 16-pole synchronous generator for a larger wind turbine that is to be installed in the offshore area.

Ein Ständergehäuse 10 wird direkt an ein Getriebegehäuse 11 angeflanscht. Am äußeren Umfang des Ständergehäuses 10 sind Nuten 12 in Form eines mehrgängigen Gewindes angeordnet. Diese Nuten 12 bilden Kühlkanäle für eine Flüssigkeitskühlung des Ständergehäuses 10. Im Ständergehäuse 10 ist ferner das den Ständer 13 bildende Ständerblechpaket mit der Ständerwicklung 14 und den beiden Wickelköpfen 15 und 16 untergebracht.A stator housing 10 is flanged directly to a gear housing 11 . Grooves 12 in the form of a multi-start thread are arranged on the outer circumference of the stator housing 10 . These grooves 12 form cooling channels for liquid cooling of the stator housing 10 . In the stator housing 10 , the stator core assembly forming the stator 13 with the stator winding 14 and the two winding heads 15 and 16 is also accommodated.

Der Läuferkörper 17 mit den darauf angeordneten Erregerpolen 18 ist auf einem Wellenzapfen 19 gelagert. Ferner trägt der Läuferkörper 17 ein Lüfterrad 20 und einen Läufer 21 der Erregermaschine. Ein Ständer 22 der Erregermaschine ist am Gehäuse befestigt. Der in Fig. 2 erkennbare Aktivteil des Synchrongenerators, der hier mit einer Polteilung als Ausschnitt gezeigt ist, läßt das Ständerblechpaket 13 mit der in Nuten untergebrachten Ständerwicklung 14 erkennen. Weiterhin erkennt man den Läuferkörper 17 mit je zwei Hälften der Erregerpole 18 und zugehörige Erregerwicklungen 23.The rotor body 17 with the excitation poles 18 arranged thereon is mounted on a shaft journal 19 . Furthermore, the rotor body 17 carries a fan wheel 20 and a rotor 21 of the excitation machine. A stand 22 of the excitation machine is attached to the housing. The active part of the synchronous generator which can be seen in FIG. 2 and which is shown here as a cutout with a pole pitch shows the stator core 13 with the stator winding 14 accommodated in slots. Furthermore, the rotor body 17 can be seen with two halves each of the excitation poles 18 and associated excitation windings 23 .

Das Lüfterrad 20 treibt einen Luftstrom durch im Ständer 13 angeordnete Ständerkanäle 24 und durch Läuferkanäle. The fan wheel 20 drives an air flow through stator channels 24 arranged in the stator 13 and through rotor channels.

Die Ständerkanäle 24 sind in die einzelnen Bleche des Ständerblechpakets 13 eingestanzt. Die Läuferkanäle sind dabei durch Pollücken 25 zwischen den einzelnen Erregerpolen 18 gebildet, wie dies in Fig. 2 gut zu erkennen ist.The stator channels 24 are stamped into the individual sheets of the stator sheet stack 13 . The rotor channels are formed by pole gaps 25 between the individual excitation poles 18 , as can be clearly seen in FIG. 2.

Der lüfterseitige Ständerwickelkopf 15 wird durch eine Luftblende 26 abgedeckt, um einen direkten Luftkurzschluß am Lüfterrad 20 zu vermeiden. Die Kühlluft durchströmt den Ständerwickelkopf 16 und die Pollücken 25 und gibt die hier aufgenommene Wärmemenge an die Oberfläche der Ständerkanäle 24 wieder ab. Von hier wird die Wärmemenge zusammen mit der Wärmemenge aus dem Ständerblechpaket 13 an dem flüssigkeitsgekühlten Gehäusemantel, also das Ständergehäuse 10, weitergeleitet.The fan-side stator winding head 15 is covered by an air shield 26 in order to avoid a direct air short circuit on the fan wheel 20 . The cooling air flows through the stator winding head 16 and the pole gaps 25 and releases the amount of heat absorbed here to the surface of the stator channels 24 . From here, the amount of heat is passed on together with the amount of heat from the stator core 13 to the liquid-cooled housing jacket, that is to say the stator housing 10 .

Zur Kühlung der lüfterseitigen Ständerwickelköpfe 15 erhält die Luftblende 26 am Umfang fein verteilte kleine Bypaß-Öffnungen. Dadurch steht ein zweiter kleiner Kühlkreislauf durch die Ständerwickelköpfe 15 und das Lüfterrad 20, dessen geringen Luftmenge sich vor dem Lüfterrad 20 mit Hauptmenge vermischt.To cool the stator end windings 15 on the fan side, the air shield 26 is provided with finely distributed small bypass openings on the circumference. This results in a second small cooling circuit through the stator winding heads 15 and the fan wheel 20 , the small amount of air of which mixes with the main amount in front of the fan wheel 20 .

Die Ständerkanäle 24 werden bezüglich Gesamtquerschnitt und Gesamtoberfläche auf die aus den Ständerwickelköpfen 15 und 16 und der Erregerwicklung 23 abzuführenden Wärmemenge abgestimmt. Die Strömungsgeschwindigkeiten der Kühlluft an den Oberflächen der zu kühlenden Wicklungsteile und an den Wänden der Ständerkanäle 24 werden so hoch eingestellt, daß eine turbulente Strömung sichergestellt ist. Daneben dürfen Stege 27 zwischen den Ständerkanälen 24 nicht so schmal gehalten werden, um die Abfuhr der Verlustleistung aus dem Ständerblechpaket 13 nicht zu sehr zu behindern.The stator channels 24 are matched with respect to the total cross section and total surface to the amount of heat to be dissipated from the stator winding heads 15 and 16 and the excitation winding 23 . The flow rates of the cooling air on the surfaces of the winding parts to be cooled and on the walls of the stator channels 24 are set so high that a turbulent flow is ensured. In addition, webs 27 between the stator channels 24 must not be kept so narrow in order not to hinder the dissipation of the power loss from the stator core 13 too much.

Die Ständerkanäle 24 bilden einen Lochkranz, dessen Innendurchmesser als magnetischer Jochaußendurchmesser anzusehen ist. Das heißt, die magnetischen Feldlinien des Drehfeldes können sich praktisch nicht weiter ausdehnen. Im Vergleich zu den Maschinen mit klassischer Durchzugsbelüftung oder mit herkömmlichen flüssigkeitsgekühlten Gehäusemanteln muß hier der Außendurchmesser des Ständerblechpakets 13 heraufgesetzt werden. Bei hochpoligen Drehstrommaschinen ist der erforderliche Zuwachs an Außendurchmesser aber sehr klein, da die Jochbreite und damit der Außendurchmesser nach der mechanischen Festigkeit bemessen wird und bei herkömmlichen Maschinen oft magnetisch überdimensioniert ist. Der Lochkranz der Ständerkanäle 24 vermindert die mechanische Festigkeit aber nur geringfügig, solange ein ausreichender Quersteg 28 an der Außenseite der Ständerkanäle 24 am Außendurchmesser verbleibt.The stator channels 24 form a perforated ring, the inner diameter of which is to be regarded as a magnetic outer yoke diameter. This means that the magnetic field lines of the rotating field can practically not expand any further. Compared to the machines with classic pull-through ventilation or with conventional liquid-cooled casing shells, the outer diameter of the stator core 13 must be increased here. With multi-pole three-phase machines, however, the required increase in outside diameter is very small, since the yoke width and thus the outside diameter are dimensioned according to the mechanical strength and is often magnetically oversized in conventional machines. The ring of holes in the stator channels 24, however, reduces the mechanical strength only slightly, as long as a sufficient transverse web 28 remains on the outside of the stator channels 24 on the outside diameter.

Alternativ können die Querstege 28 auch weggelassen werden und die Ständerkanäle 24 als Nuten ausgebildet werden. In diesem Fall würde der Kühlluftstrom direkt am Ständergehäuse 10 entlang geführt werden, was die Wärmeabgabe verbessern würde. Aufgrund der vorgenannten Herabsetzung der mechanischen Festigkeit durch diese Maßnahme sollte jedoch auf die gezeigten Querstege 28 nicht verzichtet werden.Alternatively, the crossbars 28 can also be omitted and the stator channels 24 are formed as grooves. In this case, the cooling air flow would be guided directly along the stator housing 10 , which would improve the heat emission. Due to the aforementioned reduction in mechanical strength by this measure, the crossbars 28 shown should not be omitted.

Der insoweit beschriebene Synchrongenerator weist gegenüber den gängigen Maschinen mehrere Vorteile auf, nämlich gegenüber Maschinen mit Durchzugsbelüftung:
Der Aufbau der Maschine mit dem flüssigkeitsgekühlten Gehäusemantel als im Gehäuse integrierten Kühler ist sehr kompakt (kleineres Volumen, geringeres Gewicht) und bietet besonders dann Vorteile, wenn Arbeitsmaschine und Drehstrommaschine direkt gekuppelt und miteinander verflanscht werden sollen und/oder wenn der Raumbedarf für einen herkömmlichen, aufgebauten Luft-Wasser-Wärmetauscher am Aufstellungsplatz nicht gegeben ist. The synchronous generator described so far has several advantages over conventional machines, namely over machines with through ventilation:
The construction of the machine with the liquid-cooled housing jacket as a cooler integrated in the housing is very compact (smaller volume, lower weight) and offers advantages particularly when the machine and three-phase machine are to be directly coupled and flanged together and / or if the space required for a conventional, built-up air-water heat exchanger at the installation site is not given.

Die höheren Schutzarten über IP 44 sind ohne Zusatzaufwand realisierbar.The higher degrees of protection over IP 44 are without Additional effort possible.

Das eingeschlossene Luftvolumen ist deutlich kleiner, und es sind weniger Trennfugen vorhanden. Das ist besonders vorteilhaft, wenn bei einer Aufstellung der Maschine in aggressiver Atmosphäre wie z. B. salzhaltiger Seeluft oder in explosionsgefährdeten Bereichen wie z. B. auf Bohrplattformen die Maschine unter Überdruck gehalten werden muß oder vor dem Einschalten mit Frischluft gespült werden muß.The enclosed air volume is significantly smaller, and there are fewer joints. This is Particularly advantageous if the Machine in an aggressive atmosphere such as B. saline sea air or in explosive atmospheres Areas such as B. the machine on drilling platforms must be kept under pressure or before Switching on must be purged with fresh air.

Das Ständerblechpaket kann ohne radiale Kühlkanäle (Kühlschlitze) ausgeführt werden, d. h. die aufwendigen Kanalbleche mit den Abstandsstegen werden nicht benötigt, sondern es werden die Kanäle durch Ständerbleche aufgefüllt. Dadurch sinkt die magnetische Belastung, und die Fertigungskosten fallen trotz des höheren Blecheinsatzes ebenfalls niedriger aus.The stator core package can do without radial cooling channels (Cooling slots) are executed, d. H. the elaborate duct sheets with the spacers not required, but the channels are through Stand sheets filled up. This reduces the magnetic stress, and manufacturing costs fall in spite of the higher sheet insert lower out.

Das Blechpaket wird auf seiner gesamten axialen Länge über Festkörperleitung gleichmäßig gekühlt.The laminated core is along its entire axial length evenly cooled via solid-state conduction.

Gegenüber Maschinen mit herkömmlichen flüssigkeitsgekühlten Gehäusemänteln verfügt die erfindungsgemäße Maschine über folgende Vorteile:
Die Kühleinrichtung für den Läufer vermeidet den enormen technischen Aufwand, der für die Flüssigkeitskühlung erforderlich ist. Das senkt die Herstellkosten. Außerdem ist die Kühleinrichtung im Gegensatz zur Flüssigkeitskühlung völlig wartungsfrei.Compared to machines with conventional liquid-cooled casing shells, the machine according to the invention has the following advantages:
The cooling device for the rotor avoids the enormous technical effort that is required for liquid cooling. This lowers the manufacturing costs. In addition, in contrast to liquid cooling, the cooling device is completely maintenance-free.

Die Kühleinrichtung für den Läufer ist außerdem so ausgebildet, daß gleichzeitig die Ständerwickelköpfe gekühlt werden. Dadurch wird der Temperaturanstieg in der Ständerwicklung vom Nutbereich zum Wickelkopf hin vermieden, und aufgrund der gleichmäßigeren Erwärmung der Wicklung kann die Maschine höher ausgenutzt werden.The cooling device for the runner is also like this trained that at the same time the stator winding heads be cooled. This will increase the temperature in the stator winding from the slot area to the end winding avoided, and due to the more even heating the winding can use the machine higher become.

Eine alternative Ausführungsform einer Elektromaschine zeigen die Fig. 3 und 4, nämlich eine Asynchronmaschine mit Kurzschlußläufer. Die Asynchronmaschine gemäß Fig. 3 und 4 stimmt im wesentlichen mit der Synchronmaschine mit Schenkelpolläufer gemäß der Fig. 1 und 2 überein, so daß gleiche Bauteile bzw. Bauteile mit denselben Bezugsziffern beziffert sind. Wesentlicher Unterschied ist jedoch, daß der (Kurzschluß-) Läufer der Asynchronmaschine keine Pollücken aufweist. In die einzelnen Bleche des Läuferblechpakets 29 sind deshalb Bohrungen für Kühlluftkanäle 31 eingestanzt. Diese werden von dem Kühlmedium durchströmt.An alternative embodiment of an electric machine is shown in FIGS. 3 and 4, namely an asynchronous machine with a squirrel-cage rotor. The asynchronous machine according to FIGS. 3 and 4 essentially coincides with the synchronous machine with a leg pole rotor according to FIGS . 1 and 2, so that the same components or components are numbered with the same reference numbers. The main difference, however, is that the (short-circuit) rotor of the asynchronous machine has no pole gaps. For this reason, bores for cooling air channels 31 are punched into the individual sheets of the rotor laminated core 29 . The cooling medium flows through these.

Die Elektromaschine gemäß Fig. 3 und 4 zeigt eine weitere Besonderheit, die auch im Zusammenhang mit einer Synchronmaschine mit Schenkelpol-Läufer gemäß der Fig. 1 und 2 eingesetzt werden kann. Die Besonderheit besteht darin, daß ein gesonderter Lüfter 32 vorgesehen ist. Dieses ist immer dann zweckmäßig, wenn bei kleinen Drehzahlen das Lüfterrad 20 keinen ausreichend hohen Druck erzeugt, um turbulente Strömungen in den Kanälen 24, 25/31 sicherzustellen. Einen solche turbulente Strömung wird dann durch das separate Kühlluftgebläse 32 mit eigenem Antriebsmotor sichergestellt.The electrical machine according to FIGS. 3 and 4 shows a further special feature which can also be used in connection with a synchronous machine with salient pole rotor according to FIGS. 1 and 2. The peculiarity is that a separate fan 32 is provided. This is always expedient if the fan 20 does not generate a sufficiently high pressure at low speeds to ensure to turbulent flows in the channels 24, 25/31. Such a turbulent flow is then ensured by the separate cooling air blower 32 with its own drive motor.

Eine weitere Steigerung der Ausnutzung der Maschine ist möglich, wenn die Ständerkanäle 24 anders als bisher dimensioniert werden, und zwar stärker als Rückführung der Innenluft und weniger stark als Wärmetauscher. Das erreicht man z. B. durch eine kleinere Anzahl von Ständerkanälen 24 mit größeren Einzelquerschnitten. Der größere hydraulische Radius der größeren Kanäle führt zu einem kleineren Strömungswiderstand der Ständerkanäle 24, und die pro Zeiteinheit geförderte Innenluftmenge (m³/s) steigt. Damit steigt auch die Luftgeschwindigkeit an der Oberfläche der Läuferkanäle 25, 31, was die Kühlung der Läuferwicklung 23, 30 verbessert. Zur Kompensation der verminderten Wärmetauscherkapazität der Ständerkanäle 24 wird ein zusätzlicher Wärmetauscher 33 vorgesehen. Der Wärmetauscher liegt strömungstechnisch in Reihe zu den Ständerkanälen 24 und kühlungstechnisch parallel zu den Ständerkanälen 24.A further increase in the utilization of the machine is possible if the stator channels 24 are dimensioned differently than before, namely more as a return of the indoor air and less as a heat exchanger. This is achieved e.g. B. by a smaller number of stator channels 24 with larger individual cross sections. The larger hydraulic radius of the larger ducts leads to a smaller flow resistance of the stator ducts 24 , and the amount of indoor air delivered per unit of time (m ³ / s) increases. This also increases the air speed on the surface of the rotor channels 25 , 31 , which improves the cooling of the rotor winding 23 , 30 . An additional heat exchanger 33 is provided to compensate for the reduced heat exchanger capacity of the stator channels 24 . In terms of flow technology, the heat exchanger is in series with the stator channels 24 and, in terms of cooling technology, in parallel with the stator channels 24 .

Das Kühlluftgebläse 32 und der Wärmetauscher 33 sind bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 3 in einem gesonderten Gehäuse 34 angeordnet, welches auf ein Stirnblech 35 am Ständergehäuse 10 angeflanscht ist. Das Stirnblech 35 weist Durchgangsbohrungen 36 auf, durch die die Kühlluft von der eigentlichen Elektromaschine in das Gehäuse 34 strömen kann. Das Lüfterblech 26 ist im vorliegenden Fall bis an das Stirnblech 35 herangeführt, so daß ein Kühlluftkreislauf vom Gehäuse 34 über die Ständerkanäle 24 und die Kühlluftkanäle 31 (bzw. die Pollücken 25, falls eine Synchronmaschine mit Schenkelpolläufer verwendet wird) gewährleistet ist, ohne daß Falschluft gezogen wird. In the exemplary embodiment according to FIG. 3, the cooling air blower 32 and the heat exchanger 33 are arranged in a separate housing 34 which is flanged onto an end plate 35 on the stator housing 10 . The end plate 35 has through bores 36 through which the cooling air can flow from the actual electric machine into the housing 34 . The fan plate 26 is brought up to the end plate 35 in the present case, so that a cooling air circuit from the housing 34 via the stator channels 24 and the cooling air channels 31 (or the pole gaps 25 , if a synchronous machine with a leg roller is used) is ensured without false air is pulled.

Reference list

1010th

Ständergehäuse
Stand housing

1111

Getriebegehäuse
Gear housing

1212th

Nuten
Grooves

1313

Ständerblechpaket
Stand sheet metal package

1414

Ständerwicklung
Stator winding

1515

Wickelkopf
End winding

1616

Wickelkopf
End winding

1717th

Läuferkörper
Rotor body

1818th

Erregerpol
Excitation pole

1919th

Wellenzapfen
Shaft journal

2020th

Lüfterrad
Fan wheel

2121

Läufer einer Erregermaschine
Runner of an excitation machine

2222

Ständer einer Erregermaschine
Stand of an excitation machine

2323

Erregerwicklung
Excitation winding

2424th

Ständerkanäle
Stand channels

2525th

Pollücke
Pole gap

2626

Luftblende
Air aperture

2727

Steg
web

2828

Quersteg
Crossbar

2929

Läuferblechpaket
Runner sheet stack

3030th

Läuferwicklung
Rotor winding

3131

Kühlluftkanal
Cooling air duct

3232

Kühlluftgebläse
Cooling air blower

3333

Wärmetauscher
Heat exchanger

3434

Gehäuse
casing

3535

Stirnblech
Face plate

3636

Bohrungen
Holes

Claims

1. Electrical machine, in particular three-phase machine, with a stator ( 13 ) and a rotor and coolant channels for a cooling medium for cooling the stator ( 13 ) and rotor, characterized in that in the stator ( 13 ) stator channels ( 24 ) and in the rotor rotor channels ( 25 , 31 ) are arranged as part of a cooling circuit, the cooling medium absorbing heat from the rotor in the area of the rotor channels ( 25 , 31 ) and emitting it to the stand ( 13 ) in the area of the stator channels ( 24 ).

2. Electrical machine according to claim 1, characterized in that the cooling circuit from the stator channels ( 24 ), the rotor channels ( 25 , 31 ) and cavities in the region of stator winding heads ( 15 , 16 ) is formed.

3. Electric machine according to claim 1 or 2, characterized in that a fan ( 20 ) for the cooling medium is arranged on a shaft journal ( 19 ) or a rotor body ( 17 ).

4. Electric machine according to claim 1 or 2, characterized in that a separate cooling air blower ( 32 ) is provided with its own drive for the cooling medium.

5. Electric machine according to one of claims 1 to 4, characterized in that the rotor channels are formed by pole gaps ( 25 ) between excitation poles ( 18 ) of the rotor.

6. Electrical machine according to one of claims 1 to 4, characterized in that the rotor channels are formed by cooling air channels ( 31 ) in the rotor laminated core ( 29 ).

7. Electrical machine according to claim 6, characterized in that the cooling air ducts ( 31 ) are formed by punching in the individual sheets of the rotor laminated core ( 29 ).

8. Electric machine according to one of claims 1 to 7, characterized in that the stator channels ( 24 ) have ribs.

9. Electric machine according to one of claims 1 to 8, characterized in that the stator channels ( 24 ) are formed as recesses in the stand ( 13 ) with a stator channels ( 13 ) delimiting web on the outer circumference of the stand ( 13 ).

10. Electric machine according to claim 9, characterized in that the stand ( 13 ) is formed from a stator core, the recesses for the stator channels ( 23 ) being punched into the individual stator core.

11. Electric machine according to one of claims 1 to 10, characterized in that the cooling medium is a gas, especially air.

12. Electric machine according to one of claims 1 to 11, characterized in that the stand is surrounded by a stand housing ( 10 ).

13. Electric machine according to one of claims 1 to 12, characterized in that a separate heat exchanger ( 33 ) is provided for the cooling medium.

14. Electric machine according to claim 12 or 13, characterized in that the stator housing ( 10 ) has cooling channels ( 12 ) for a second cooling medium.

15. Electric machine according to claim 14, characterized in that the cooling channels ( 12 ) in the stator housing ( 10 ) are helical and in particular multi-course around the stator housing.

16. Electric machine according to claim 14 or 15, characterized characterized in that the second cooling medium Is coolant.