WO2008107402A2 - Rotating electric machine - Google Patents

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WO2008107402A2
WO2008107402A2 PCT/EP2008/052519 EP2008052519W WO2008107402A2 WO 2008107402 A2 WO2008107402 A2 WO 2008107402A2 EP 2008052519 W EP2008052519 W EP 2008052519W WO 2008107402 A2 WO2008107402 A2 WO 2008107402A2
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WO
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cooling
separating element
channels
annular space
stator
Prior art date
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French (fr)
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Gèrard HEMERY
Pierre Freche
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Alstom Technology Ltd
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Publication date
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    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K1/00Details of the magnetic circuit
    • H02K1/06Details of the magnetic circuit characterised by the shape, form or construction
    • H02K1/12Stationary parts of the magnetic circuit
    • H02K1/20Stationary parts of the magnetic circuit with channels or ducts for flow of cooling medium
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K1/00Details of the magnetic circuit
    • H02K1/06Details of the magnetic circuit characterised by the shape, form or construction
    • H02K1/22Rotating parts of the magnetic circuit
    • H02K1/32Rotating parts of the magnetic circuit with channels or ducts for flow of cooling medium
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K9/00Arrangements for cooling or ventilating
    • H02K9/08Arrangements for cooling or ventilating by gaseous cooling medium circulating wholly within the machine casing

Definitions

  • the invention relates to a rotating electrical machine, such as an electric motor or a generator, in particular in a power plant.
  • Such machines usually have a stator and a rotor arranged therein, which rotates during operation of the machine. Especially in machines with high power, for example in the megawatt range, it is necessary to cool the machine. Accordingly, such a machine usually has a cooling device which has a plurality of cooling passages which are preferably radially oriented with respect to an axis of rotation of the rotor and which are formed in the stator. Radial between the rotor and the stator, an annular space is formed, in which open the cooling channels.
  • the invention as characterized in the claims, deals with the problem of providing for a rotary electric machine of the type mentioned in an improved embodiment, which is characterized in particular by improved cooling.
  • the invention is based on the general idea that, in a region of the annular space in which cooling gas flows over at least one cooling channel into the same or into at least one other cooling channel, a radially outer region in which this overflow takes place flows from a radially inner region to decouple.
  • This decoupling is achieved in the invention by means of at least one separating element which is arranged in a suitable manner in the annular space.
  • the invention uses the knowledge that the rotation of the rotor during operation of the machine by friction effects in the annulus generates an oriented in the circumferential direction annular flow of the cooling gas.
  • the respective separating element may for example be arranged and dimensioned such that it covers at least in the case of a cooling channel an associated orifice opening, which is open towards the annular space, in the circumferential direction and in the axial direction.
  • the respective separating element can thus be a single cooling channel or a plurality of cooling channels or a group of
  • the respective separating element can form a ring which is closed in the circumferential direction and can be arranged and dimensioned such that it covers the outlet openings in the circumferential direction and in the axial direction in an axial section of the annular gap in all cooling channels arranged in this axial section. Furthermore, it is basically possible to arrange and dimension the respective separating element in a circumferential section of the annular space in which a plurality of cooling channels are axially adjacent, such that it covers the mouth openings of these cooling channels in the circumferential direction and in the axial direction.
  • the respective separating element it is conceivable to design the respective separating element to be arranged and dimensioned so that it forms a circumferentially closed ring and extends axially in the annulus via orifices of at least two axially adjacent cooling channels and this covers it in the circumferential direction and axial direction.
  • different configurations for the cooling gas path within the stator can be formed using the outer region or regions of the annular gap formed with the aid of the separating element (s) in order to optimize the cooling of the stator.
  • the respective separator is fixed to the stator, which is comparatively easy to implement.
  • At least one separating element is made permeable overall or at least in a partial region for cooling gas, for example through a perforation or through at least one passage opening.
  • at least one passage for cooling gas which connects the inner region to the outer region of the annular gap, is formed between two adjacent separating elements.
  • cooling gas which flows to cool the rotor in the annulus or in the interior, can flow from the interior to the outside and be discharged with the serving for cooling the stator cooling gas and thereby contribute to the cooling of the stator.
  • 3 and 4 are each a part of a cross section of the machine in the region of an annular space, in various embodiments.
  • a rotary electric machine 1 which is preferably an electric motor or a generator, which may be arranged in particular in a power plant, a rotor 2 and a stator 3, with respect to a rotation axis or Rotor axis 4, around which the rotor 2 rotates during operation of the machine 1, are arranged coaxially.
  • the machine 1 is also equipped with a cooling device 5, by means of which at least the stator 3 and preferably also the rotor 2 are cooled by means of a cooling gas in order to increase the efficiency of the machine 1.
  • the stator 3 can be flowed through radially by the cooling gas, for which purpose the cooling device 5 has a plurality of cooling channels 6 formed in the stator 3.
  • cooling channels 6 can pass through the stator 3 with respect to the axis of rotation 4 substantially radially.
  • the cooling channels 6 are open to an annular space 7, which is formed with respect to the axis of rotation 4 radially between the rotor 2 and the stator 3.
  • Said annular space 7 encloses the rotor 2 in the circumferential direction completely and expediently extends over the entire axial length of the rotor 2.
  • a radial flow of cooling gas through the cooling channels 6 in the Annulus 7 and flows back from this through the cooling channels 6, is indicated in FIGS. 1 and 2 by arrows 8.
  • the cooling gas flow is driven, for example, by a conveying device 9, for example a fan, which is only symbolically indicated here by a propeller.
  • the cooling of the rotor 2 is achieved by way of example with an axial cooling gas flow, which is also indicated by arrows 10. Within the rotor 2, corresponding, unspecified cooling channels can be formed for this purpose. It is noteworthy that the cooling gas serving to cool the rotor 2 also enters the annular space 7 from the rotor-side cooling channels, but exits from the annular space 7 via the cooling channels 6 of the stator 3.
  • each separating element 1 1 causes an at least fluidic decoupling within the annular space 7 between a radially inner region 12 (inner region 12) and a radially outer region 13 (outer region 13).
  • a fluidic decoupling means such a separation between the inner region 12 and the outer region 13, which considerably reduces the interactions between a flow in the inner region 12 and a flow in the outer region 13.
  • this separation does not have to be gas-tight, so that in particular a gas exchange between inner region 12 and outer region 13 may be possible.
  • the flow deflection of the cooling gas flow which enters through at least one cooling channel 6 in the annular space 7 and its outer region 13 and by at least one cooling channel 6 from the annular space. 7 or exits from the outer area 13 again.
  • the cooling gas can flow through at least one cooling channel 6 into the outer region 13 and flow from the outer region 13 into the same cooling channel 6 or into the same cooling channels 6 or into at least one other cooling channel 6.
  • the respective separating element 1 1 is fixed to the stator 3.
  • the respective separating element 11 is fixed to the rotor 2.
  • at least one separating element 1 1 on the stator 3 and at least one other separating element 1 1 is fixed to the rotor 2.
  • the individual cooling channels 6 are each in the circumferential direction of the rotor 2 between longitudinal grooves 14, which for receiving electrical conductors, namely from
  • Winding rods serve with which a stator winding is constructed. These longitudinal grooves 14 are incorporated in the stator 3 or in an unspecified core of the stator 3 and are preferably closed radially inward, ie in the region of the annular space 7, each with a wedge not shown here. In Figs. 1 and 2 such winding rods or electrical conductors are indicated and designated 15.
  • the cooling channels 6 are preferably divided into inlet channels 16, via which the cooling gas enters the annular space 7, and outlet channels 17, via which the cooling gas exits from the annular space 7. This allows a targeted
  • the respective separating element 11 or the separating elements 11 are arranged in the annular space 7 such that they decouple the inner region 12 from the outer region 13 to the extent that in the outer region 13 the cooling gas flows from at least one inlet channel 16 via the outer region 13 into at least one outlet channel 17 can overflow.
  • the respective separating element 1 1 can be arranged and dimensioned so that it covers at least in a cooling channel 6, the associated, the annular space 7 through the open mouth opening in the circumferential direction and in the axial direction.
  • the respective separating element 1 1 thereby form a circumferentially closed ring and thereby be arranged and dimensioned so that it covers the mouth openings in the circumferential direction and in the axial direction in an axial portion of the annular space 7 at all arranged in this axial section cooling channels 6.
  • the respective separating element 1 1 again form a ring closed in the circumferential direction and be arranged and dimensioned so that it extends in the annular space 7 via the mouth openings of at least two axially adjacent cooling channels 6 and these in the circumferential direction and in the Axial direction covered.
  • Separating element 1 1 at least in the reproduced sectional plane respectively the mouth openings of an inlet channel 16 and an adjacent thereto in the circumferential direction outlet channel 17, in the circumferential direction and in the axial direction.
  • the partition member 1 1 is a in the circumferential direction extending ring, which covers the mouth openings of a plurality of inlet channels 16 and a plurality of outlet channels 17 in the circumferential direction and in the axial direction.
  • the respective separating element 1 1 may for example consist of a plate-shaped or a cup-shaped body. This means that the respective separating element 1 1 in the radial direction has a much smaller dimension than in the circumferential direction and in the axial direction. Furthermore, the respective separating element 1 1 is preferably made of an electrically insulating material, for example of a plastic or of a ceramic or of a glass fiber material.
  • a passage 18 is formed in each case between two adjacent separating elements 1 1, through which the inner region 12 with the
  • Outdoor area 13 can communicate.
  • the respective passage 18 makes it possible, in particular, to exchange gas between the inner region 12 and the outer region 13, so that, for example, cooling gas can pass from the inner region 12 in accordance with arrows 19 into the outer region 13 and from there into the outlet channels 17.
  • the respective passage 18 is designed and dimensioned such that an interaction between the cooling gas flow 8 in the stator 3 and the cooling gas flow 10 in the rotor 2 is comparatively low or does not occur.
  • the respective separating element 1 1 may, for example, be designed to be permeable to the cooling gas in a subregion assigned to the outlet channels 17, which is here indicated by a brace 20.
  • the separating element 11 may be provided with a perforation 21 in this partial region 20 or may contain at least one, preferably a plurality of through-openings.
  • the respective separating element 1 1 can also be designed so that it is designed to be gas-permeable overall. With the aid of the passages 18 or the gas-permeable subregions 20, the cooling gas serving to cool the rotor 2 can be discharged via the outlet passages 17 of the stator 3.
  • a plurality of inlet channels 16 arranged adjacent to one another in the circumferential direction are combined to form a group 22, which is indicated by a curly bracket.
  • This entry group 22 will be exemplified by the
  • Conveyor 9 is acted upon by the cooling gas. Furthermore, a plurality of outlet channels 17 arranged adjacent to one another in the circumferential direction are likewise combined to form a group 23, which is likewise indicated by a curly bracket. This outlet group 23 is arranged adjacent to the inlet group 22 in the circumferential direction. Furthermore, a further outlet group 23, which can not be recognized here, can be provided, which is axially adjacent to the inlet group 22 shown here. Likewise, a further inlet group 22 may be axially adjacent to the exit group 23 shown. In this case, a fluid coupling in the axial direction is formed on the annular space side, so that the
  • Inlet channels 16 of the respective inlet group 22 communicate with the outlet channels 17 of the respective outlet group 23 adjacent in the axial direction, specifically via the outer region 13 formed with the aid of the respective separating element 11.
  • the respectively associated separating element 11 extends at least along the two axially adjacent ones Groups 22, 23.
  • the inlet channels 16 and the outlet channels 17 are arranged alternately in the circumferential direction.
  • a group formation is basically possible, the groups 22, 23 being formed in the axial direction.
  • a group 22 of axially adjacent to each other arranged inlet channels 16 may be provided, which is arranged circumferentially to a group 23 adjacent to each other in the axial direction outlet channels 17 adjacent.
  • Exit channels 17 of the other group 23 communicate.
  • the respective separating element 11 then extends at least along the two groups 22, 23.
  • the cooling gas from the respective inlet channel 16 passes through the outer region 13 in the respective outlet channel 17, an overflow path 24 is formed in the respective outer region 13, which creates the required fluidic coupling.
  • This Matterströmpfad 24 may have at least one opening 25 or recess 25, which may be formed for example in the core of the stator 3 or in a wedge to close the respective longitudinal groove 14. Furthermore, it is particularly possible to attach the respective separating element 1 1 to such a wedge or at least partially integrally formed on such a wedge. This construction simplifies the design and arrangement of the separating elements 1 1 and the overflow path 24.

Abstract

The invention relates to a rotating electric machine, particularly an electric motor or a generator, preferably of a power plant, comprising a rotor (2), a stator (3), and a cooling apparatus (5) which has several cooling ducts (6) that are formed in the stator (3) and are open towards an annular space (7) radially formed between the rotor (2) and the stator (3). In order to increase the cooling effect, at least one separating element (11) which at least fluidically disconnects a radially interior zone (12) from a radially exterior zone (13) is disposed inside the annular space (7). Cooling gas flows into the exterior zone (13) through at least one cooling duct (6), and cooling gas flows out of said exterior zone (13) through at least one cooling duct (6).

Description

Rotierende elektrische Maschine Rotating electrical machine
Technisches GebietTechnical area
Die Erfindung betrifft eine rotierende elektrische Maschine, wie zum Beispiel einen Elektromotor oder einen Generator, insbesondere in einer Kraftwerksanlage.The invention relates to a rotating electrical machine, such as an electric motor or a generator, in particular in a power plant.
Stand der TechnikState of the art
Derartige Maschinen weisen üblicherweise einen Stator und einen darin angeordneten Rotor auf, der im Betrieb der Maschine rotiert. Insbesondere bei Maschinen mit hoher Leistung, zum Beispiel im Megawattbereich, ist es erforderlich, die Maschine zu kühlen. Dementsprechend weist eine derartige Maschine üblicherweise eine Kühleinrichtung auf, die mehrere bezüglich einer Rotationsachse des Rotors vorzugsweise radial orientierte, im Stator ausgebildete Kühlkanäle aufweist. Radial zwischen dem Rotor und dem Stator ist ein Ringraum ausgebildet, in den die Kühlkanäle einmünden.Such machines usually have a stator and a rotor arranged therein, which rotates during operation of the machine. Especially in machines with high power, for example in the megawatt range, it is necessary to cool the machine. Accordingly, such a machine usually has a cooling device which has a plurality of cooling passages which are preferably radially oriented with respect to an axis of rotation of the rotor and which are formed in the stator. Radial between the rotor and the stator, an annular space is formed, in which open the cooling channels.
Da die Leistungsanforderungen an derartige elektrische Maschinen zunehmen und da der Wirkungsgrad der Maschinen unter anderem von der Temperatur abhängt, ist es erwünscht, die Kühlung der Maschine zu verbessern. Darstellung der ErfindungAs the power requirements of such electrical machines increase and as the efficiency of the machines depends, among other things, on the temperature, it is desirable to improve the cooling of the machine. Presentation of the invention
Hier setzt die vorliegende Erfindung an. Die Erfindung, wie sie in den Ansprüchen gekennzeichnet ist, beschäftigt sich mit dem Problem, für eine rotierende elektrische Maschine der eingangs genannten Art eine verbesserte Ausführungsform anzugeben, die sich insbesondere durch eine verbesserte Kühlung auszeichnet.This is where the present invention begins. The invention, as characterized in the claims, deals with the problem of providing for a rotary electric machine of the type mentioned in an improved embodiment, which is characterized in particular by improved cooling.
Erfindungsgemäß wird dieses Problem durch den Gegenstand des unabhängigen Anspruchs gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.According to the invention, this problem is solved by the subject matter of the independent claim. Advantageous embodiments are the subject of the dependent claims.
Die Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, in einem Bereich des Ringraums, in dem Kühlgas von wenigstens einem Kühlkanal in denselben beziehungsweise in wenigstens einen anderen Kühlkanal überströmt, einen radial außen liegenden Bereich, in dem diese Überströmung stattfindet, von einem radial innen liegenden Bereich strömungstechnisch zu entkoppeln. Erreicht wird diese Entkoppelung bei der Erfindung mit Hilfe wenigstens eines Trennelements, das auf geeignete Weise im Ringraum angeordnet ist. Die Erfindung nutzt hierbei die Erkenntnis, dass die Rotation des Rotors beim Betrieb der Maschine durch Reibungseffekte im Ringraum eine in der Umfangsrichtung orientierte Ringströmung des Kühlgases erzeugt. Durch die erfindungsgemäß vorgeschlagene strömungstechnische Entkopplung zwischen dem Innenbereich des Ringraums und dem Außenbereich des Ringraums lassen sich störende Wechselwirkungen zwischen der mit hoher Geschwindigkeit strömenden Ringströmung, die dann im Innenbereich vorliegt, und der mit im Vergleich dazu deutlich geringeren Strömungsgeschwindigkeit und mit einer anderen Strömungsrichtung strömenden Übergangsströmung zwischen den Kühlkanälen, die sich dann im Außenbereich befindet, signifikant reduzieren. Das Kühlgas kann über den Außenbereich quasi ungestört von der Ringströmung in den jeweiligen Kühlkanal gelangen, was den Strömungswiderstand innerhalb des Kühlgaspfads erheblich reduziert, wodurch sich der Durchsatz an Kühlgas erhöht, was die Kühlwirkung verbessert.The invention is based on the general idea that, in a region of the annular space in which cooling gas flows over at least one cooling channel into the same or into at least one other cooling channel, a radially outer region in which this overflow takes place flows from a radially inner region to decouple. This decoupling is achieved in the invention by means of at least one separating element which is arranged in a suitable manner in the annular space. The invention uses the knowledge that the rotation of the rotor during operation of the machine by friction effects in the annulus generates an oriented in the circumferential direction annular flow of the cooling gas. By virtue of the fluidic decoupling between the inner region of the annular space and the outer area of the annular space proposed according to the invention, disturbing interactions between the high-velocity annular flow, which is then present in the interior region, and the transition flow, which in comparison thereto is significantly lower flow velocity and with a different flow direction, can be achieved between the cooling channels, which is then in the outer area, significantly to reduce. The cooling gas can pass through the outer region virtually undisturbed by the annular flow in the respective cooling channel, which significantly reduces the flow resistance within the cooling gas path, whereby the flow rate of cooling gas increases, which improves the cooling effect.
Das jeweilige Trennelement kann beispielsweise so angeordnet und dimensioniert sein, dass es zumindest bei einem Kühlkanal eine zugehörige, zum Ringraum hin offene Mündungsöffnung in Umfangsrichtung und in Axialrichtung überdeckt. Das jeweilige Trennelement kann somit einem einzelnen Kühlkanal oder mehreren Kühlkanälen oder einer Gruppe vonThe respective separating element may for example be arranged and dimensioned such that it covers at least in the case of a cooling channel an associated orifice opening, which is open towards the annular space, in the circumferential direction and in the axial direction. The respective separating element can thus be a single cooling channel or a plurality of cooling channels or a group of
Kühlkanälen zugeordnet sein. Insbesondere kann das jeweilige Trennelement einen in Umfangsrichtung geschlossenen Ring bilden und so angeordnet und dimensioniert sein, dass es in einem Axialabschnitt des Ringspalts bei allen in diesem Axialabschnitt angeordneten Kühlkanälen die Mündungsöffnungen in Umfangsrichtung und in Axialrichtung überdeckt. Ferner ist es grundsätzlich möglich, das jeweilige Trennelement in einem Umfangsabschnitt des Ringraums, in dem mehrere Kühlkanäle axial benachbart sind, so anzuordnen und zu dimensionieren, dass es die Mündungsöffnungen dieser Kühlkanäle in Umfangsrichtung und in Axialrichtung überdeckt. Außerdem ist es denkbar, das jeweilige Trennelement so auszugestalten, anzuordnen und zu dimensionieren, dass es einen in Umfangsrichtung geschlossenen Ring bildet und sich axial im Ringraum über Mündungsöffnungen von mindestens zwei axial benachbarten Kühlkanälen erstreckt und diese dabei in Umfangsrichtung und Axialrichtung überdeckt. Somit lassen sich mit Hilfe der Trennelemente unterschiedliche Konfigurationen für den Kühlgaspfad innerhalb des Stators unter Nutzung des oder der mit Hilfe des oder der Trennelemente gebildeten Außenbereiche des Ringspalts ausbilden, um die Kühlung des Stators zu optimieren. Vorzugsweise ist das jeweilige Trennelement am Stator fixiert, was vergleichsweise einfach realisierbar ist. Ebenso ist es grundsätzlich möglich, das jeweilige Trennelement am Rotor zu fixieren.Be assigned to cooling channels. In particular, the respective separating element can form a ring which is closed in the circumferential direction and can be arranged and dimensioned such that it covers the outlet openings in the circumferential direction and in the axial direction in an axial section of the annular gap in all cooling channels arranged in this axial section. Furthermore, it is basically possible to arrange and dimension the respective separating element in a circumferential section of the annular space in which a plurality of cooling channels are axially adjacent, such that it covers the mouth openings of these cooling channels in the circumferential direction and in the axial direction. In addition, it is conceivable to design the respective separating element to be arranged and dimensioned so that it forms a circumferentially closed ring and extends axially in the annulus via orifices of at least two axially adjacent cooling channels and this covers it in the circumferential direction and axial direction. Thus, with the aid of the separating elements, different configurations for the cooling gas path within the stator can be formed using the outer region or regions of the annular gap formed with the aid of the separating element (s) in order to optimize the cooling of the stator. Preferably, the respective separator is fixed to the stator, which is comparatively easy to implement. Likewise, it is basically possible to fix the respective separating element on the rotor.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass zumindest ein Trennelement insgesamt oder zumindest in einem Teilbereich für Kühlgas durchlässig ausgestaltet ist, beispielsweise durch eine Perforation oder durch zumindest eine Durchgangsöffnung. Zusätzlich oder alternativ kann vorgesehen sein, dass zwischen zwei benachbarten Trennelementen zumindest ein den Innenbereich mit dem Außenbereich des Ringspalts verbindender Durchlass für Kühlgas ausgebildet ist. Mit Hilfe eines derartigen Durchlasses beziehungsweise mit Hilfe eines für Gas durchlässigen Trennelements wird erreicht, dass im Ringraum der Innenbereich mit dem Außenbereich kommunizierend verbunden ist, so dass trotz der strömungstechnischen Entkopplung ein Gasaustausch möglich ist. Durch diese Bauweise wird beispielsweise erreicht, dass Kühlgas, das zur Kühlung des Rotors im Ringraum beziehungsweise im Innenbereich strömt, vom Innenraum in den Außenraum überströmen kann und mit dem zur Kühlung des Stators dienenden Kühlgas abgeführt werden und dabei zur Kühlung des Stators beitragen kann.In a preferred embodiment, it may be provided that at least one separating element is made permeable overall or at least in a partial region for cooling gas, for example through a perforation or through at least one passage opening. Additionally or alternatively, it may be provided that at least one passage for cooling gas, which connects the inner region to the outer region of the annular gap, is formed between two adjacent separating elements. With the aid of such a passage or with the aid of a separating element permeable to gas, it is achieved that the inner area is communicatively connected to the outer area in the annular space, so that gas exchange is possible in spite of the fluidic decoupling. By this construction is achieved, for example, that cooling gas, which flows to cool the rotor in the annulus or in the interior, can flow from the interior to the outside and be discharged with the serving for cooling the stator cooling gas and thereby contribute to the cooling of the stator.
Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.Other important features and advantages of the invention will become apparent from the dependent claims, from the drawings and from the associated figure description with reference to the drawings.
Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Komponenten beziehen. Es zeigen, jeweils schematisch,Preferred embodiments of the invention are illustrated in the drawings and are explained in more detail in the following description, wherein like reference numerals refer to the same or similar or functionally identical components. Show, in each case schematically,
Fig. 1 und 2 jeweils einen stark vereinfachten, prinzipiellen Längsschnitt durch einen Teilbereich einer rotierenden elektrischen1 and 2 each show a greatly simplified, principal longitudinal section through a portion of a rotating electrical
Maschine, bei verschiedenen Ausführungsformen,Machine, in various embodiments,
Fig. 3 und 4 jeweils einen Teil eines Querschnitts der Maschine im Bereich eines Ringraums, bei verschiedenen Ausführungsformen.3 and 4 are each a part of a cross section of the machine in the region of an annular space, in various embodiments.
Wege zur Ausführung der ErfindungWays to carry out the invention
Entsprechend den Fig. 1 und 2 umfasst eine rotierende elektrische Maschine 1 , bei der es sich vorzugsweise um einen Elektromotor oder um einen Generator handelt, der insbesondere in einer Kraftwerksanlage angeordnet sein kann, einen Rotor 2 und einen Stator 3, die bezüglich einer Rotationsachse oder Rotorachse 4, um die der Rotor 2 im Betrieb der Maschine 1 rotiert, koaxial angeordnet sind. Die Maschine 1 ist außerdem mit einer Kühleinrichtung 5 ausgestattet, mit deren Hilfe zumindest der Stator 3 und vorzugsweise auch der Rotor 2 mit Hilfe eines Kühlgases gekühlt werden, um die Leistungsfähigkeit der Maschine 1 zu steigern. Dabei kann der Stator 3 vom Kühlgas radial durchströmt werden, wozu die Kühleinrichtung 5 mehrere, im Stator 3 ausgebildete Kühlkanäle 6 aufweist. Diese Kühlkanäle 6 können den Stator 3 bezüglich der Rotationsachse 4 im wesentlichen radial durchsetzen. Die Kühlkanäle 6 sind zu einem Ringraum 7 hin offen, der bezüglich der Rotationsachse 4 radial zwischen dem Rotor 2 und dem Stator 3 ausgebildet ist. Besagter Ringraum 7 umschließt den Rotor 2 in Umfangsrichtung vollständig und erstreckt sich zweckmäßig über die gesamte axiale Länge des Rotors 2. Eine radiale Kühlgasströmung, die durch die Kühlkanäle 6 in den Ringraum 7 und von diesem wieder zurück durch die Kühlkanäle 6 strömt, ist in den Fig. 1 und 2 durch Pfeile 8 angedeutet. Angetrieben ist die Kühlgasströmung beispielsweise durch eine Fördereinrichtung 9, zum Beispiel ein Gebläse, das hier nur symbolisch durch einen Propeller angedeutet ist.Referring to FIGS. 1 and 2, a rotary electric machine 1, which is preferably an electric motor or a generator, which may be arranged in particular in a power plant, a rotor 2 and a stator 3, with respect to a rotation axis or Rotor axis 4, around which the rotor 2 rotates during operation of the machine 1, are arranged coaxially. The machine 1 is also equipped with a cooling device 5, by means of which at least the stator 3 and preferably also the rotor 2 are cooled by means of a cooling gas in order to increase the efficiency of the machine 1. In this case, the stator 3 can be flowed through radially by the cooling gas, for which purpose the cooling device 5 has a plurality of cooling channels 6 formed in the stator 3. These cooling channels 6 can pass through the stator 3 with respect to the axis of rotation 4 substantially radially. The cooling channels 6 are open to an annular space 7, which is formed with respect to the axis of rotation 4 radially between the rotor 2 and the stator 3. Said annular space 7 encloses the rotor 2 in the circumferential direction completely and expediently extends over the entire axial length of the rotor 2. A radial flow of cooling gas through the cooling channels 6 in the Annulus 7 and flows back from this through the cooling channels 6, is indicated in FIGS. 1 and 2 by arrows 8. The cooling gas flow is driven, for example, by a conveying device 9, for example a fan, which is only symbolically indicated here by a propeller.
In den gezeigten Beispielen wird die Kühlung des Rotors 2 exemplarisch mit einer axialen Kühlgasströmung erreicht, die ebenfalls durch Pfeile 10 angedeutet ist. Innerhalb des Rotors 2 können hierzu entsprechende, nicht näher bezeichnete Kühlkanäle ausgebildet sein. Bemerkenswert ist, dass das zur Kühlung des Rotors 2 dienende Kühlgas aus den rotorseitigen Kühlkanälen ebenfalls in den Ringraum 7 eintritt, jedoch über die Kühlkanäle 6 des Stators 3 aus dem Ringraum 7 wieder austritt.In the examples shown, the cooling of the rotor 2 is achieved by way of example with an axial cooling gas flow, which is also indicated by arrows 10. Within the rotor 2, corresponding, unspecified cooling channels can be formed for this purpose. It is noteworthy that the cooling gas serving to cool the rotor 2 also enters the annular space 7 from the rotor-side cooling channels, but exits from the annular space 7 via the cooling channels 6 of the stator 3.
Im Ringspalt 7 ist zumindest ein Trennelement 1 1 angeordnet. In den Ausführungsformen der Fig. 1 und 2 sind beispielhaft jeweils drei derartige Trennelemente 1 1 angedeutet. Es versteht sich von selbst, dass auch eine höhere oder eine niedrigere Anzahl an Trennelementen 1 1 möglich ist. Jedes Trennelement 1 1 bewirkt eine wenigstens strömungstechnische Entkopplung innerhalb des Ringraums 7 zwischen einem radial innen liegenden Bereich 12 (Innenbereich 12) und einem radial außen liegenden Bereich 13 (Außenbereich 13). Im vorliegenden Zusammenhang ist unter einer strömungstechnischen Entkopplung eine derartige Trennung zwischen Innenbereich 12 und Außenbereich 13 zu verstehen, die Wechselwirkungen zwischen einer Strömung im Innenbereich 12 und einer Strömung im Außenbereich 13 erheblich reduziert. Diese Trennung muss jedoch keineswegs gasdicht sein, so dass insbesondere ein Gasaustausch zwischen Innenbereich 12 und Außenbereich 13 möglich sein kann. Im Außenbereich 13 erfolgt die Strömungsumlenkung der Kühlgasströmung, die durch zumindest einen Kühlkanal 6 in den Ringraum 7 beziehungsweise dessen Außenbereich 13 eintritt und die durch wenigstens einen Kühlkanal 6 aus dem Ringraum 7 beziehungsweise aus dem Außenbereich 13 wieder austritt. Dabei kann das Kühlgas durch zumindest einen Kühlkanal 6 in den Außenbereich 13 einströmen und vom Außenbereich 13 in denselben Kühlkanal 6 beziehungsweise in dieselben Kühlkanäle 6 beziehungsweise in zumindest einen anderen Kühlkanal 6 ausströmen.In the annular gap 7 at least one separating element 1 1 is arranged. In the embodiments of FIGS. 1 and 2, for example, three such separating elements 1 1 are indicated. It goes without saying that a higher or a lower number of separating elements 1 1 is possible. Each separating element 1 1 causes an at least fluidic decoupling within the annular space 7 between a radially inner region 12 (inner region 12) and a radially outer region 13 (outer region 13). In the present context, a fluidic decoupling means such a separation between the inner region 12 and the outer region 13, which considerably reduces the interactions between a flow in the inner region 12 and a flow in the outer region 13. However, this separation does not have to be gas-tight, so that in particular a gas exchange between inner region 12 and outer region 13 may be possible. In the outer region 13, the flow deflection of the cooling gas flow, which enters through at least one cooling channel 6 in the annular space 7 and its outer region 13 and by at least one cooling channel 6 from the annular space. 7 or exits from the outer area 13 again. In this case, the cooling gas can flow through at least one cooling channel 6 into the outer region 13 and flow from the outer region 13 into the same cooling channel 6 or into the same cooling channels 6 or into at least one other cooling channel 6.
Bei der in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform ist das jeweilige Trennelement 1 1 am Stator 3 fixiert. Im Unterschied dazu ist bei der Ausführungsform gemäß Fig. 2 das jeweilige Trennelement 1 1 am Rotor 2 fixiert. Grundsätzlich ist auch eine Bauweise denkbar, bei der wenigstens ein Trennelement 1 1 am Stator 3 und wenigstens ein anderes Trennelement 1 1 am Rotor 2 fixiert ist.In the embodiment shown in Fig. 1, the respective separating element 1 1 is fixed to the stator 3. In contrast, in the embodiment according to FIG. 2, the respective separating element 11 is fixed to the rotor 2. In principle, a construction is conceivable in which at least one separating element 1 1 on the stator 3 and at least one other separating element 1 1 is fixed to the rotor 2.
Bei den vereinfachten Darstellungen der Fig. 3 und 4 befinden sich die einzelnen Kühlkanäle 6 jeweils in der Umfangsrichtung des Rotors 2 zwischen Längsnuten 14, die zur Aufnahme von elektrischen Leitern, nämlich vonIn the simplified representations of Figs. 3 and 4, the individual cooling channels 6 are each in the circumferential direction of the rotor 2 between longitudinal grooves 14, which for receiving electrical conductors, namely from
Wicklungsstäben dienen, mit denen eine Statorwicklung aufgebaut ist. Diese Längsnuten 14 sind in den Stator 3 beziehungsweise in einen nicht näher bezeichneten Kern des Stators 3 eingearbeitet und sind vorzugsweise radial innen, also im Bereich des Ringraums 7, jeweils mit einem hier nicht näher gezeigten Keil verschlossen. In den Fig. 1 und 2 sind derartige Wicklungsstäbe oder elektrische Leiter angedeutet und mit 15 bezeichnet.Winding rods serve with which a stator winding is constructed. These longitudinal grooves 14 are incorporated in the stator 3 or in an unspecified core of the stator 3 and are preferably closed radially inward, ie in the region of the annular space 7, each with a wedge not shown here. In Figs. 1 and 2 such winding rods or electrical conductors are indicated and designated 15.
Vorzugsweise sind die Kühlkanäle 6 in Eintrittskanäle 16, über die das Kühlgas in den Ringraum 7 eintritt, und Austrittskanäle 17, über die das Kühlgas aus dem Ringraum 7 austritt, unterteilt. Hierdurch lässt sich eine gezielteThe cooling channels 6 are preferably divided into inlet channels 16, via which the cooling gas enters the annular space 7, and outlet channels 17, via which the cooling gas exits from the annular space 7. This allows a targeted
Strömungsführung durch den Stator 3 erzielen. Grundsätzlich ist es jedoch ebenso möglich, die Kühlgasströmung innerhalb des Stators 3 so zu führen, dass das Kühlgas durch die gleichen Kühlkanäle 6 in den Ringraum 7 eintritt und daraus wieder austritt. Das jeweilige Trennelement 1 1 beziehungsweise die Trennelemente 1 1 sind in dem Ringraum 7 so angeordnet, dass sie den Innenbereich 12 soweit vom Außenbereich 13 strömungstechnisch entkoppeln, dass im Außenbereich 13 das Kühlgas von wenigstens einem Eintrittskanal 16 über den Außenbereich 13 in wenigstens einen Austrittskanal 17 überströmen kann. Zu diesem Zweck kann das jeweilige Trennelement 1 1 so angeordnet und dimensioniert sein, dass es zumindest bei einem Kühlkanal 6 die zugehörige, zum Ringraum 7 hin offene Mündungsöffnung in der Umfangsrichtung und in der Axialrichtung überdeckt. Zweckmäßig kann das jeweilige Trennelement 1 1 dabei einen in Umfangsrichtung geschlossenen Ring bilden und dabei wieder so angeordnet und dimensioniert sein, dass es in einem Axialabschnitt des Ringraums 7 bei allen in diesem Axialabschnitt angeordneten Kühlkanälen 6 die Mündungsöffnungen in der Umfangsrichtung und in der Axialrichtung überdeckt. Zusätzlich oder alternativ kann das jeweilige Trennelement 1 1 in einem Umfangsabschnitt des Ringraums 7, in dem mehrere Kühlkanäle 6 axial zueinander benachbart sind, so angeordnet und dimensioniert sein, dass es die Mündungsöffnungen dieser Kühlkanäle 6 in der Umfangsrichtung und in der Axialrichtung überdeckt. Zusätzlich oder alternativ kann das jeweilige Trennelement 1 1 wieder einen in der Umfangsrichtung geschlossenen Ring bilden und dabei so angeordnet und dimensioniert sein, dass es sich im Ringraum 7 über die Mündungsöffnungen von zumindest zwei axial benachbarten Kühlkanälen 6 erstreckt und diese in der Umfangsrichtung und in der Axialrichtung überdeckt.To achieve flow guidance through the stator 3. In principle, however, it is also possible to guide the flow of cooling gas within the stator 3 such that the cooling gas enters the annulus 7 through the same cooling channels 6 and exits therefrom. The respective separating element 11 or the separating elements 11 are arranged in the annular space 7 such that they decouple the inner region 12 from the outer region 13 to the extent that in the outer region 13 the cooling gas flows from at least one inlet channel 16 via the outer region 13 into at least one outlet channel 17 can overflow. For this purpose, the respective separating element 1 1 can be arranged and dimensioned so that it covers at least in a cooling channel 6, the associated, the annular space 7 through the open mouth opening in the circumferential direction and in the axial direction. Suitably, the respective separating element 1 1 thereby form a circumferentially closed ring and thereby be arranged and dimensioned so that it covers the mouth openings in the circumferential direction and in the axial direction in an axial portion of the annular space 7 at all arranged in this axial section cooling channels 6. Additionally or alternatively, the respective partition element 1 1 in a peripheral portion of the annular space 7, in which a plurality of cooling channels 6 are axially adjacent to each other, arranged and dimensioned so that it covers the mouth openings of these cooling channels 6 in the circumferential direction and in the axial direction. Additionally or alternatively, the respective separating element 1 1 again form a ring closed in the circumferential direction and be arranged and dimensioned so that it extends in the annular space 7 via the mouth openings of at least two axially adjacent cooling channels 6 and these in the circumferential direction and in the Axial direction covered.
Bei der in Fig. 3 gezeigten Ausführungsform überdeckt das jeweiligeIn the embodiment shown in Fig. 3 covers the respective
Trennelement 1 1 zumindest in der wiedergegebenen Schnittebene jeweils die Mündungsöffnungen eines Eintrittskanals 16 und eines dazu in Umfangsrichtung benachbarten Austrittskanals 17, und zwar in der Umfangsrichtung und in der Axialrichtung. Bei der in Fig. 4 gezeigten Ausführungsform ist das Trennelement 1 1 ein sich in der Umfangsrichtung erstreckender Ring, der die Mündungsöffnungen von mehreren Eintrittskanälen 16 und mehreren Austrittskanälen 17 in der Umfangsrichtung sowie in axialer Richtung überdeckt.Separating element 1 1 at least in the reproduced sectional plane respectively the mouth openings of an inlet channel 16 and an adjacent thereto in the circumferential direction outlet channel 17, in the circumferential direction and in the axial direction. In the embodiment shown in Fig. 4, the partition member 1 1 is a in the circumferential direction extending ring, which covers the mouth openings of a plurality of inlet channels 16 and a plurality of outlet channels 17 in the circumferential direction and in the axial direction.
Das jeweilige Trennelement 1 1 kann beispielsweise aus einem plattenförmigen oder aus einem schalenförmigen Körper bestehen. Das bedeutet, dass das jeweilige Trennelement 1 1 in radialer Richtung eine sehr viel kleinere Dimension aufweist als in Umfangsrichtung und in Axialrichtung. Des weiteren ist das jeweilige Trennelement 1 1 vorzugsweise aus einem elektrisch isolierenden Material hergestellt, beispielsweise aus einem Kunststoff oder aus einer Keramik oder aus einem Glasfasermaterial.The respective separating element 1 1 may for example consist of a plate-shaped or a cup-shaped body. This means that the respective separating element 1 1 in the radial direction has a much smaller dimension than in the circumferential direction and in the axial direction. Furthermore, the respective separating element 1 1 is preferably made of an electrically insulating material, for example of a plastic or of a ceramic or of a glass fiber material.
Bei der in Fig. 3 gezeigten Ausführungsform sowie bei den Ausführungsformen der Fig. 1 und 2 ist jeweils zwischen zwei benachbarten Trennelementen 1 1 ein Durchlass 18 ausgebildet, durch den der Innenbereich 12 mit demIn the embodiment shown in FIG. 3 as well as in the embodiments of FIGS. 1 and 2, a passage 18 is formed in each case between two adjacent separating elements 1 1, through which the inner region 12 with the
Außenbereich 13 kommunizieren kann. Der jeweilige Durchlass 18 ermöglicht dabei insbesondere einen Gasaustausch zwischen Innenbereich 12 und Außenbereich 13, so dass beispielsweise Kühlgas vom Innenbereich 12 entsprechend Pfeilen 19 in den Außenbereich 13 und von dort in die Austrittskanäle 17 gelangen kann. Der jeweilige Durchlass 18 ist dabei so ausgeführt und dimensioniert, dass eine Wechselwirkung zwischen der Kühlgasströmung 8 im Stator 3 und der Kühlgasströmung 10 im Rotor 2 vergleichsweise gering ausfällt oder nicht auftritt.Outdoor area 13 can communicate. The respective passage 18 makes it possible, in particular, to exchange gas between the inner region 12 and the outer region 13, so that, for example, cooling gas can pass from the inner region 12 in accordance with arrows 19 into the outer region 13 and from there into the outlet channels 17. The respective passage 18 is designed and dimensioned such that an interaction between the cooling gas flow 8 in the stator 3 and the cooling gas flow 10 in the rotor 2 is comparatively low or does not occur.
Bei der in Fig. 4 gezeigten Ausführungsform kann das jeweilige Trennelement 1 1 zum Beispiel in einem den Austrittskanälen 17 zugeordneten Teilbereich, der hier durch eine geschweifte Klammer 20 angedeutet ist, für das Kühlgas durchlässig ausgestaltet sein. Beispielsweise kann das Trennelement 1 1 in diesem Teilbereich 20 mit einer Perforation 21 versehen sein oder zumindest eine, vorzugsweise mehrere Durchgangsöffnungen enthalten. Auch durch diesen gasdurchlässigen Teilbereich 20 des Trennelements 1 1 ist ein Gasaustausch zwischen Innenbereich 12 und Außenbereich 13 möglich, so dass insbesondere Kühlgas vom Innenbereich 12 entsprechend den Pfeilen 19 durch das jeweilige Trennelement 1 1 hindurch in den Außenbereich 13 gelangt und von diesem in die Austrittskanäle 17. Anstelle einzelner gasdurchlässiger Teilbereiche 20 kann das jeweilige Trennelement 1 1 auch so ausgestaltet sein, dass es insgesamt gasdurchlässig ausgebildet ist. Mit Hilfe der Durchlässe 18 beziehungsweise der gasdurchlässigen Teilbereiche 20 kann das zur Kühlung des Rotors 2 dienende Kühlgas über die Austrittskanäle 17 des Stators 3 abgeführt werden.In the embodiment shown in FIG. 4, the respective separating element 1 1 may, for example, be designed to be permeable to the cooling gas in a subregion assigned to the outlet channels 17, which is here indicated by a brace 20. For example, the separating element 11 may be provided with a perforation 21 in this partial region 20 or may contain at least one, preferably a plurality of through-openings. Also through this gas-permeable portion 20 of the partition member 1 1, a gas exchange between the inner region 12 and outer region 13 is possible, so that in particular cooling gas from the inner region 12 corresponding to the arrows 19 passes through the respective partition element 1 1 in the outer region 13 and from this into the outlet channels 17th Instead of individual gas-permeable subregions 20, the respective separating element 1 1 can also be designed so that it is designed to be gas-permeable overall. With the aid of the passages 18 or the gas-permeable subregions 20, the cooling gas serving to cool the rotor 2 can be discharged via the outlet passages 17 of the stator 3.
Bei der in Fig. 4 gezeigten Ausführungsform sind mehrere, in der Umfangsrichtung zueinander benachbart angeordnete Eintrittskanäle 16 zu einer Gruppe 22 zusammengefasst, die durch eine geschweifte Klammer angedeutet ist. Exemplarisch wird diese Eintrittsgruppe 22 von derIn the embodiment shown in FIG. 4, a plurality of inlet channels 16 arranged adjacent to one another in the circumferential direction are combined to form a group 22, which is indicated by a curly bracket. This entry group 22 will be exemplified by the
Fördereinrichtung 9 mit dem Kühlgas beaufschlagt. Des weiteren sind hier mehrere, in Umfangsrichtung zueinander benachbart angeordnete Austrittskanäle 17 ebenfalls zu einer Gruppe 23 zusammengefasst, was ebenfalls durch eine geschweifte Klammer angedeutet ist. Diese Austrittsgruppe 23 ist dabei in der Umfangsrichtung zur Eintrittsgruppe 22 benachbart angeordnet. Des weiteren kann eine hier nicht erkennbare weitere Austrittsgruppe 23 vorgesehen sein, die zu der hier gezeigten Eintrittsgruppe 22 axial benachbart ist. Ebenso kann zur gezeigten Austrittsgruppe 23 eine weitere Eintrittsgruppe 22 axial benachbart sein. Dabei ist ringraumseitig eine strömungsmäßige Kopplung in axialer Richtung ausgebildet, so dass dieConveyor 9 is acted upon by the cooling gas. Furthermore, a plurality of outlet channels 17 arranged adjacent to one another in the circumferential direction are likewise combined to form a group 23, which is likewise indicated by a curly bracket. This outlet group 23 is arranged adjacent to the inlet group 22 in the circumferential direction. Furthermore, a further outlet group 23, which can not be recognized here, can be provided, which is axially adjacent to the inlet group 22 shown here. Likewise, a further inlet group 22 may be axially adjacent to the exit group 23 shown. In this case, a fluid coupling in the axial direction is formed on the annular space side, so that the
Eintrittskanäle 16 der jeweiligen Eintrittsgruppe 22 mit den Austrittskanälen 17 der jeweils in axialer Richtung benachbarten Austrittsgruppe 23 kommunizieren, und zwar über den mit Hilfe des jeweiligen Trennelements 1 1 ausgebildeten Außenbereich 13. Das jeweils zugehörige Trennelement 1 1 erstreckt sich dabei zumindest entlang der beiden axial benachbarten Gruppen 22, 23. Bei der in Fig. 3 gezeigten Ausführungsform sind die Eintrittskanäle 16 und die Austrittskanäle 17 in Umfangsrichtung einander abwechselnd angeordnet. Dabei ist auch hier grundsätzlich eine Gruppenbildung möglich, wobei die Gruppen 22, 23 in der Axialrichtung ausgebildet sind. Dementsprechend kann beispielsweise eine Gruppe 22 von in Axialrichtung zueinander benachbart angeordneten Eintrittskanälen 16 vorgesehen sein, die in Umfangsrichtung zu einer Gruppe 23 von in Axialrichtung zueinander benachbart angeordneten Austrittskanälen 17 benachbart angeordnet ist. Dabei können auch hier die Eintrittskanäle 16 der einen Gruppe 22 über den Au ßenbereich 13 mit denInlet channels 16 of the respective inlet group 22 communicate with the outlet channels 17 of the respective outlet group 23 adjacent in the axial direction, specifically via the outer region 13 formed with the aid of the respective separating element 11. The respectively associated separating element 11 extends at least along the two axially adjacent ones Groups 22, 23. In the embodiment shown in Fig. 3, the inlet channels 16 and the outlet channels 17 are arranged alternately in the circumferential direction. In this case too, a group formation is basically possible, the groups 22, 23 being formed in the axial direction. Accordingly, for example, a group 22 of axially adjacent to each other arranged inlet channels 16 may be provided, which is arranged circumferentially to a group 23 adjacent to each other in the axial direction outlet channels 17 adjacent. Here, the inlet channels 16 of a group 22 on the Au ßenbereich 13 with the
Austrittskanälen 17 der anderen Gruppe 23 kommunizieren. Auch hier erstreckt sich dann das jeweilige Trennelement 11 zumindest entlang der beiden Gruppen 22, 23.Exit channels 17 of the other group 23 communicate. Here, too, the respective separating element 11 then extends at least along the two groups 22, 23.
Damit das Kühlgas vom jeweiligen Eintrittskanal 16 durch den Außenbereich 13 in den jeweiligen Austrittskanal 17 gelangt, ist im jeweiligen Außenbereich 13 ein Überströmpfad 24 ausgebildet, der die erforderliche strömungstechnische Kopplung schafft. Dieser Überströmpfad 24 kann dabei wenigstens eine Öffnung 25 oder Aussparung 25 aufweisen, die zum Beispiel im Kern des Stators 3 oder in einem Keil zum Verschließen der jeweiligen Längsnut 14 ausgebildet sein kann. Des weiteren ist es insbesondere möglich, das jeweilige Trennelement 1 1 an einem derartigen Keil anzubringen oder zumindest teilweise an einem derartigen Keil integral auszubilden. Durch diese Bauweise vereinfacht sich die Ausbildung und Anordnung der Trennelemente 1 1 beziehungsweise des Überströmpfads 24.Thus, the cooling gas from the respective inlet channel 16 passes through the outer region 13 in the respective outlet channel 17, an overflow path 24 is formed in the respective outer region 13, which creates the required fluidic coupling. This Überströmpfad 24 may have at least one opening 25 or recess 25, which may be formed for example in the core of the stator 3 or in a wedge to close the respective longitudinal groove 14. Furthermore, it is particularly possible to attach the respective separating element 1 1 to such a wedge or at least partially integrally formed on such a wedge. This construction simplifies the design and arrangement of the separating elements 1 1 and the overflow path 24.
An der Rückseite des Stators 3 (äusserer Durchmesser des Kerns) ist eine strömungstechnische Abschottung der Eintrittskanäle (16) und Austrittskanäle (17) vorteilhaft. Diese Abschottung kann durch entsprechende Sammelboxen oder Sammelkanäle erreicht werden. Je nach gewähltem Konstruktionsprinzip für diese gegenseitige Abschottung der Eintritts- und Austrittskanäle (16, 17) können sich diese Boxen oder Kanäle einzeln oder gruppenweise in axialer oder in Umfangsrichtung erstrecken. At the back of the stator 3 (outer diameter of the core) is a fluidic foreclosure of the inlet channels (16) and outlet channels (17) is advantageous. This foreclosure can be achieved by appropriate collection boxes or collection channels. Depending on the selected design principle for this mutual partitioning of the inlet and outlet channels (16, 17) These boxes or channels may extend individually or in groups in the axial or circumferential direction.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
1 Maschine1 machine
2 Rotor2 rotor
3 Stator3 stators
4 Rotationsachse4 rotation axis
5 Kühleinrichtung5 cooling device
6 Kühlkanal6 cooling channel
7 Ringraum7 annulus
8 Kühlgasströmung8 cooling gas flow
9 Fördereinrichtung9 conveyor
10 Kühlgasströmung10 cooling gas flow
1 1 Trennelement1 1 separating element
12 Innenbereich12 indoor area
13 Außenbereich13 outdoor area
14 Längsnut14 longitudinal groove
15 elektrischer Leiter15 electrical conductors
16 Eintrittskanal16 entrance channel
17 Austrittskanal17 exit channel
18 Durchlass18 passage
19 Kühlgasströmung19 cooling gas flow
20 Teilbereich von 1120 subarea of 11
21 Perforation21 perforation
22 Gruppe von 1622 group of 16
23 Gruppe von 1723 group of 17
24 Überströmpfad24 overflow path
25 Öffnung 25 opening

Claims

Patentansprüche claims
1. Rotierende elektrische Maschine, insbesondere Elektromotor oder Generator, vorzugsweise einer Kraftwerksanlage, wenigstens umfassend1. Rotary electric machine, in particular electric motor or generator, preferably a power plant, at least comprising
- einen Rotor (2) und einen Stator (3),a rotor (2) and a stator (3),
- eine Kühleinrichtung (5), die mehrere, im Stator (3) ausgebildete Kühlkanäle (6) aufweist, die zu einem radial zwischen Rotor (2) und Stator (3) ausgebildeten Ringraum (7) hin offen sind, dadurch gekennzeichnet,- A cooling device (5) having a plurality of in the stator (3) formed cooling channels (6) which are open to a radially between the rotor (2) and stator (3) formed annular space (7) out, characterized
- dass in dem Ringraum (7) wenigstens ein Trennelement (11 ) angeordnet ist, das einen radial innen liegenden Bereich (12) zumindest strömungstechnisch von einem radial außen liegenden Bereich (13) entkoppelt, in welchen Kühlgas von wenigstens einem Kühlkanal (6) einströmt und von dem Kühlgas in denselben Kühlkanal (6) oder in dieselben Kühlkanäle (6) oder in wenigstens einen benachbarten Kühlkanal (6) ausströmt.- That in the annular space (7) at least one separating element (11) is arranged, which at least fluidically decouples a radially inner region (12) from a radially outer region (13), in which cooling gas from at least one cooling channel (6) flows and from the cooling gas in the same cooling channel (6) or in the same cooling channels (6) or in at least one adjacent cooling channel (6) flows out.
2. Rotierende elektrische Maschine nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, - dass das jeweilige Trennelement (11 ) so angeordnet und dimensioniert ist, dass es zumindest bei einem Kühlkanal (6) die jeweilige, zum Ringraum (7) hin offene Mündungsöffnung in Umfangsrichtung und in Axialrichtung überdeckt, und/oder2. Rotary electric machine according to claim 1, characterized in that - the respective separating element (11) is arranged and dimensioned so that at least at a cooling channel (6) the respective, to the annular space (7) open towards orifice in the circumferential direction and in Axial direction covered, and / or
- dass das jeweilige Trennelement (11 ) einen in Umfangsrichtung geschlossenen Ring bildet und so angeordnet und dimensioniert ist, dass es in einem Axialabschnitt des Ringraums (7) bei allen in diesem Axialabschnitt angeordneten Kühlkanälen (6) die Mündungsöffnungen in Umfangsrichtung und in Axialrichtung überdeckt, und/oder- That the respective separating element (11) forms a circumferentially closed ring and is arranged and dimensioned so that in an axial portion of the annular space (7) at all in this axial section arranged cooling channels (6) covers the mouth openings in the circumferential direction and in the axial direction, and / or
- dass das jeweilige Trennelement (11 ) so angeordnet und dimensioniert ist, dass es in einem Umfangsabschnitt des Ringsraums (7), in dem mehrere Kühlkanäle (6) axial benachbart sind, Mündungsöffnungen dieser Kühlkanäle (6) in Umfangsrichtung und in Axialrichtung überdeckt, und/oder- That the respective separating element (11) is arranged and dimensioned so that in a peripheral portion of the annular space (7) in which a plurality of cooling channels (6) are axially adjacent, opening openings of these cooling channels (6) in the circumferential direction and in the axial direction, and /or
- dass das jeweilige Trennelement (11 ) einen in Umfangsrichtung geschlossenen Ring bildet und so angeordnet und dimensioniert ist, dass es im Ringraum (7) Mündungsöffnungen von mindestens zwei axial benachbarten Kühlkanälen (6) in Umfangsrichtung und in Axialrichtung überdeckt.- That the respective separating element (11) forms a circumferentially closed ring and is arranged and dimensioned so that it covers in the annular space (7) orifices of at least two axially adjacent cooling channels (6) in the circumferential direction and in the axial direction.
3. Rotierende elektrische Maschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, - dass jedes oder zumindest ein solches Trennelement (11 ) am Stator (3) fixiert ist, und/oder3. Rotary electric machine according to claim 1 or 2, characterized in that - each or at least one such separating element (11) on the stator (3) is fixed, and / or
- dass jedes oder zumindest ein solches Trennelement (11 ) am Rotor (2) fixiert ist.- That each or at least such a separating element (11) is fixed to the rotor (2).
4. Rotierende elektrische Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet,4. Rotary electric machine according to one of claims 1 to 3, characterized
- dass das jeweilige Trennelement (11 ) aus einem plattenförmigen oder schalenförmigen Körper besteht, und/oder- That the respective separating element (11) consists of a plate-shaped or cup-shaped body, and / or
- dass das jeweilige Trennelement (11 ) aus einem elektrisch isolierenden Material besteht.- That the respective separating element (11) consists of an electrically insulating material.
5. Rotierende elektrische Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, - dass jedes oder zumindest ein solches Trennelement (1 1 ) insgesamt oder zumindest in einem Teilbereich (20) für Kühlgas durchlässig ausgestaltet ist, und/oder5. Rotary electric machine according to one of claims 1 to 4, characterized - That each or at least such a separating element (1 1) is designed to be permeable overall or at least in a partial region (20) for cooling gas, and / or
- dass zwischen zwei benachbarten Trennelementen (1 1 ) wenigstens ein den Innenbereich (12) mit dem Außenbereich (13) des Ringraums (7) verbindender Durchlass (18) für Kühlgas ausgebildet ist.- That between two adjacent separating elements (1 1) at least one the inner region (12) with the outer region (13) of the annular space (7) connecting passage (18) is formed for cooling gas.
6. Rotierende elektrische Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 5, d ad u rc h g e ke n n ze i c h n e t , - dass die Kühlkanäle (6) Eintrittskanäle (16), durch die Kühlgas in den6. Rotary electric machine according to one of claims 1 to 5, d ad h c h e ce n e c i n e t, - that the cooling channels (6) inlet channels (16), through the cooling gas in the
Ringraum (7) eintritt, und Austrittskanäle (17) umfassen, durch die Kühlgas aus dem Ringraum (7) austritt,Annulus (7) enters, and exit channels (17), through the cooling gas from the annular space (7) emerges,
- dass das jeweilige Trennelement (1 1 ) im Ringraum (7) so angeordnet ist, dass es den Innenbereich (12) zumindest strömungstechnisch von dem Außenbereich (13) entkoppelt, in dem Kühlgas von wenigstens einem Eintrittskanal (16) in wenigsten einen Austrittskanal (17) überströmt.- That the respective separating element (1 1) in the annular space (7) is arranged so that it decouples the inner region (12) at least fluidically from the outer region (13), in the cooling gas from at least one inlet channel (16) in at least one outlet channel ( 17) overflowed.
7. Rotierende elektrische Maschine nach Anspruch 6, d ad u rc h g e ke n n ze i c h n e t , - dass zumindest eine Gruppe (22) von in Umfangsrichtung zueinander benachbart angeordneten Eintrittskanälen (16) über den Außenbereich (13) des Ringraums (7) mit einer dazu in Axialrichtung benachbarten Gruppe (23) von in Umfangsrichtung zueinander benachbart angeordneten Austrittskanälen (17) strömungsmäßig gekoppelt ist, wobei sich das jeweilige Trennelement (11 ) zumindest entlang beider Gruppe (22, 23) erstrecken kann, und/oder7. Rotary electric machine according to claim 6, characterized in that at least one group (22) of inlet channels (16) arranged adjacent to each other in the circumferential direction extends beyond the outer region (13) of the annular space (7) axially adjacent thereto group (23) is coupled in terms of flow adjacent to each other in the circumferential direction adjacent outlet channels (17), wherein the respective separating element (11) at least along both groups (22, 23) may extend, and / or
- dass zumindest eine Gruppe (22) von in Axialrichtung zueinander benachbart angeordneten Eintrittskanälen (16) über den Außenbereich (13) des Ringraums (7) mit einer dazu in Umfangsrichtung benachbarten Gruppe (23) von in Axialrichtung zueinander benachbart angeordneten Austrittskanälen (17) strömungstechnisch gekoppelt ist, wobei sich das jeweilige Trennelement (11) zumindest entlang beider Gruppen (22, 23) erstrecken kann, und/oder- That at least one group (22) of axially adjacent to each other adjacent inlet channels (16) over the outer region (13) of the annular space (7) with a circumferentially adjacent thereto group (23) of axially adjacent to each other arranged outlet channels (17) is fluidically coupled, wherein the respective separating element (11) can extend at least along both groups (22, 23), and / or
- dass Eintrittskanäle (16) und Austrittskanäle (17) in Umfangsrichtung einander abwechselnd angeordnet sind.- That inlet channels (16) and outlet channels (17) are arranged alternately in the circumferential direction.
8. Rotierende elektrische Maschine nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet,8. Rotary electric machine according to claim 6 or 7, characterized
- dass im jeweiligen Außenbereich (13) des Ringraums (7) ein Überströmpfad (24) ausgebildet ist, über den die Gruppe (22) der Eintrittskanäle (16) mit der benachbarten Gruppe (23) der Austrittskanäle (17) oder über den zumindest ein Eintrittskanal (16) mit zumindest einem benachbarten Austrittskanal (17) strömungstechnisch gekoppelt ist, und/oder- That in the respective outer region (13) of the annular space (7) an overflow path (24) is formed, via which the group (22) of the inlet channels (16) with the adjacent group (23) of the outlet channels (17) or via the at least one Inlet passage (16) with at least one adjacent outlet channel (17) is fluidly coupled, and / or
- dass der Überströmpfad (24) zumindest eine Öffnung (25) oder Aussparung (25) umfasst, die in einem Kern des Stators (3) oder in einem Keil zum- That the overflow path (24) at least one opening (25) or recess (25) which in a core of the stator (3) or in a wedge to the
Verschließen einer im Stator (3) ausgebildeten Längsnut (14) zur Aufnahme wenigstens eines elektrischen Leiters (15) ausgebildet ist.Closing a in the stator (3) formed longitudinal groove (14) for receiving at least one electrical conductor (15) is formed.
9. Rotierende elektrische Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das jeweilige Trennelement (11 ) an einem Keil zum Verschließen einer im Stator (3) ausgebildeten Längsnut (14) zur Aufnahme wenigstens eines elektrisches Leiters (15) angebracht ist und/oder zumindest teilweise daran integral ausgebildet ist. 9. Rotary electric machine according to one of claims 1 to 8, characterized in that the respective separating element (11) on a wedge for closing a in the stator (3) formed longitudinal groove (14) for receiving at least one electrical conductor (15) is mounted and / or at least partially integrally formed thereon.
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