本发明涉及一种旋转电机，其具有定子(1)、转子(8)和流体动力机器(7)，流体动力机器设置用于单侧地冷却旋转电机，其中定子(1)具有定子叠片组(2)、前定子绕组头(5a)和后定子绕组头(5b)，其中转子(8)具有后转子绕组头(6b)。为了在单侧通风的情况下与现有技术相比尤其在均匀温度分布方面改进冷却而提出，定子叠片组(2)具有沿轴向方向延伸的通道(9a、9b)，通道设置用于借助由流体动力机器(7)产生的第二冷却空气流(14)冷却后定子绕组头(5b)，其中至少一个第一通道(9a)设置用于将由流体动力机器(7)产生的第二冷却空气流(14)穿过定子叠片组(2)引导至后定子绕组头(5b)，其中在定子叠片组(2)处在后定子绕组头(5b)的一侧上固定有空气引导装置(4)，其设置用于将第二冷却空气流(14)经由后定子绕组头部(5b)绕行，其中至少一个第二通道(9b)设置用于将第二冷却空气流(14)从后定子绕组头(5b)穿过定子叠片组(2)向回引导，其中至少各两个沿轴向方向设置的径向切口(11)设置用于冷却定子叠片组(2)、尤其定子绕组和/或后转子绕组头(6b)，其中径向切口径向地布置在沿轴向方向延伸的通道(9a、9b)与在定子叠片组(2)和转子(8)之间的气隙(3)之间并且使二者彼此连接，其中径向切口(11)之间的轴向间距朝定子叠片组(2)的背离流体动力机器(7)的一侧变小并且设置用于补偿通过单侧冷却产生的温度梯度。
1.一种旋转电机，具有定子(1)、转子(8)和流体动力机器(7)，所述流体动力机器设置用于单侧地冷却所述旋转电机，其中，所述定子(1)具有定子叠片组(2)、前定子绕组头(5a)和后定子绕组头(5b)，其中，所述转子(8)具有后转子绕组头(6b)，其中，所述定子叠片组(2)具有沿轴向方向延伸的通道(9a、9b)，所述通道设置用于借助由流体动力机器(7)产生的第二冷却空气流(14)冷却所述后定子绕组头(5b)，其中，至少一个第一通道(9a)设置用于使由所述流体动力机器(7)产生的第二冷却空气流(14)穿过所述定子叠片组(2)引导至所述后定子绕组头(5b)，其中，在所述定子叠片组(2)处在所述后定子绕组头(5b)的一侧上固定有空气冷却装置(4)，所述空气冷却装置设置用于使所述第二冷却空气流(14)转向经过所述后定子绕组头(5b)，其中，至少一个第二通道(9b)设置用于使所述第二冷却空气流(14)从所述后定子绕组头(5b)穿过所述定子叠片组(2)向回引导，其中，至少各两个沿轴向方向布置的径向切口(11)设置用于冷却所述定子叠片组(2)、定子绕组、和/或所述后转子绕组头(6b)，其中所述径向切口径向地布置在沿轴向方向延伸的所述通道(9a、9b)与在所述定子叠片组(2)和所述转子(8)之间的气隙(3)之间并且使得所述通道与所述气隙彼此连接，其中在所述径向切口(11)之间的轴向间距朝所述定子叠片组(2)的背离所述流体动力机器(7)的一侧变小并且设置用于补偿通过单侧冷却产生的温度梯度。
2.根据权利要求1所述的旋转电机，其中，沿轴向方向延伸的所述通道(9a、9b)布置在径向方向上。
3.根据权利要求1或2中任一项所述的旋转电机，其中，所述流体动力机器(7)设置用于，通过所述气隙(3)冷却所述转子(8)、所述定子叠片组(2)和/或所述后转子绕组头(6b)。
4.根据权利要求1或2所述的旋转电机，其中，沿轴向方向布置的所述径向切口(11)布置在所述定子叠片组(2)的背离所述流体动力机器(7)的一侧的后三分之一(15)中，并且设置用于补偿通过单侧冷却引起的温度梯度。
5.根据权利要求3所述的旋转电机，其中，沿轴向方向布置的所述径向切口(11)布置在所述定子叠片组(2)的背离所述流体动力机器(7)的一侧的后三分之一(15)中，并且设置用于补偿通过单侧冷却引起的温度梯度。
6.根据权利要求1或2所述的旋转电机，其中，在所述后定子绕组头(5b)的一侧处在所述空气冷却装置(4)之内布置至少一个辅助通风器(18)。
7.根据权利要求5所述的旋转电机，其中，在所述后定子绕组头(5b)的一侧处在所述空气冷却装置(4)之内布置至少一个辅助通风器(18)。
8.根据权利要求1或2所述的旋转电机，其中，所述空气冷却装置具有用于吹出所述第二冷却空气流(14)的至少一部分的至少一个喷嘴(17)，其中，所述第二冷却空气流(14)的由所述喷嘴吹出的部分设置用于冷却所述后转子绕组头(6b)。
9.根据权利要求7所述的旋转电机，其中，所述空气冷却装置具有用于吹出所述第二冷却空气流(14)的至少一部分的至少一个喷嘴(17)，其中，所述第二冷却空气流(14)的由所述喷嘴吹出的部分设置用于冷却所述后转子绕组头(6b)。
10.一种用于借助至少一个根据权利要求1至9中任一项所述的旋转电机进行单侧冷却的方法。
11.根据权利要求10所述的方法，其中，所述后定子绕组头部(5b)通过第二冷却空气流(14)冷却，所述第二冷却空气流由所述流体动力机器(7)产生并经由多个在轴向方向上穿过所述定子叠片组(2)延伸的通道(9a、9b)引导且由空气冷却装置(4)偏转。
12.根据权利要求10或11所述的方法，其中，所述定子叠片组(2)通过由所述流体动力机器(7)产生的第二冷却空气流(14)经由多个在轴向方向上穿过所述定子叠片组(2)延伸的通道(9a、9b)和通过径向切口(11)均匀地冷却，其中所述通道沿径向方向布置，并且所述径向切口布置在所述定子叠片组(2)的背离所述流体动力机器(7)的一侧的后三分之一(15)中。
具有单侧冷却的旋转电机和用于单侧冷却的方法
技术领域
[0001] 本发明涉及一种旋转电机，其具有：定子、转子和流体动力机器，流体动力机器设置用于单侧地冷却旋转电机，其中定子具有定子叠片组、前定子绕组头和后定子绕组头，其中转子具有后转子绕组头。
背景技术
[0002] 本发明涉及大型电机的领域。为了冷却的目的，这种大型机器、尤其如用于无传动装置的水泥管磨机的环形马达又或者用于缩小铜矿石的管磨机的环形马达由于马达转速小而必须被外部通风。对此，冷却空气或者经由过滤器从环境中抽出，或者在循环中经由空气水冷却器再冷却。在此，冷却空气流必须借助一个或多个与环形马达分开驱动的、具有风扇的流体动力机器经过不同的通道压向马达。
[0003] 单侧通风的电机、尤其功率大于10兆瓦且直径大于5米的大型机器、如环形马达，大多在空气引导装置方面具有较简单的结构。但是，由于空气在机器的轴向长度上变热，冷却效果随机器的轴向长度的上升(这相当于延长冷却路径)而变差。该机器具有如下温度梯度、也称作为温度降，该温度梯度能够限制应用并引起热应力。
[0004] 单侧通风的机器的原理仅能够被应用直至受限的结构长度为止。此后，必须转移到其他的、例如双侧通风上。这需要更长的结构长度。尤其在具有大直径和大通风横截面的机器中，附加地必须显著地提高冷却体积流，以便获得与在单侧通风的机器中近似相同的冷却条件。
[0005] 从JP 60151245U1中已知自通风的冷却系统，在冷却系统中风扇经由通道通过马达抽取冷却空气。
发明内容
[0006] 本发明基于以下目的，提供前文所述类型的旋转电机，其中在单侧通风的情况下与现有技术相比尤其在均匀的温度分布方面改进冷却。
[0007] 根据本发明，该目的通过一种旋转电机实现，该旋转电机具有定子、转子和流体动力机器，流体动力机器设置用于单侧地冷却旋转电机，其中定子具有定子叠片组、前定子绕组头和后定子绕组头，其中转子具有后转子绕组头，其中定子叠片组具有沿轴向方向延伸的通道，通道设置用于借助由流体动力机器产生的第二冷却空气流冷却后定子绕组头，该目的通过如下方式实现：至少一个第一通道设置用于使由流体动力机器产生的第二冷却空气流穿过定子叠片组引导至后定子绕组头，其中在定子叠片组处在后定子绕组头的一侧上固定有空气冷却装置，其设置用于使第二冷却空气流转向经过后定子绕组头部，其中至少一个第二通道设置用于使第二冷却空气流从后定子绕组头穿过定子叠片组向回引导，其中至少各两个沿轴向方向布置的径向切口设置用于冷却定子叠片组、尤其定子绕组和/或后转子绕组头，其中径向切口径向地布置在沿轴向方向延伸的通道与在定子叠片组和转子之间的气隙之间并且将二者彼此连接，其中在径向切口之间的轴向间距朝定子叠片组的背离流体动力机器的一侧变小并且设置用于补偿通过单侧冷却产生的温度梯度。
[0008] 此外，根据本发明，该目的通过用于借助至少一个这种旋转电机进行单侧冷却的方法来实现。
[0009] 根据本发明的实施方案的、尤其针对功率大于10兆瓦和直径大于5米的大型机器、例如环形马达的实施方案的优点尤其在于，尽管进行单侧冷却，几乎与定子叠片组的轴向长度无关地、通过用于冷却空气流的沿轴向方向延伸的通道并通过空气引导装置有针对性地偏转经过后绕组头，使得后绕组头被冷却。因为穿过定子叠片组到后定子绕组头的冷却空气流变热，但是远离后定子绕组头的向回冷却空气流再次升温，所以至少部分地补偿在定子叠片组上的、尤其在定子绕组上的通过单侧冷却引起的轴向温度梯度。
[0010] 径向切口是尤其有利的，因为借助于径向切口至少部分地补偿在定子叠片组上的、尤其在定子绕组中的通过单侧冷却引起的轴向温度梯度。此外，因此，后转子绕组头在没有附加通风器的情况下被更好地冷却，这降低了复杂性并节约了成本。
[0011] 通过改变径向切口之间的间距，形成了附加的自由度，以补偿通过单侧冷却引起的温度梯度。因为空气在长的定子叠片组的情况下通过沿轴向方向延伸的通道递增地变热，所以针对相同的冷却功率需要缩小径向切口之间的轴向间距。
[0012] 在另一有利的设计方案中，沿轴向方向延伸的通道沿径向方向布置。这是特别有利的，因为如此则均匀地冷却全部绕组头部。
[0013] 在一个优选的实施方式中，旋转电机具有转子，转子具有后转子绕组头，其中流体动力机器设置用于通过在定子叠片组与转子之间的气隙冷却转子、定子叠片组和/或后转子绕组头。该实施方式的优点是，通过高效地利用流体动力机器降低在空气引导方面的结构投入，并由此实现良好的成本。
[0014] 在另一优选的设计方案中，沿轴向方向布置的径向切口布置在定子叠片组的背离流体动力机器的一侧的后三分之一中，并且其设置用于补偿通过单侧冷却引起的温度梯度。这是特别有利的，因为如此可以构建具有单侧冷却的以下旋转电机，该旋转电机具有带有更大的轴向长度的定子。
[0015] 在另一优选的设计方案中，在后定子绕组头的一侧上将至少一个辅助通风器布置在空气引导装置之内。这有利于以最小的附加投入提高冷却功率。
[0016] 在一个有利的实施方案中，空气引导装置具有用于吹出第二冷却空气流的至少一部分的至少一个喷嘴，其中第二冷却空气流的由喷嘴吹出的部分设置用于冷却后转子绕组头。这是特别有利的，因为通过至少一个喷嘴附加地冷却后转子绕组头。
附图说明
[0017] 下面，借助附图中示出的实施例详细描述和阐述本发明。
[0018] 其示出：
[0019] 图1示出旋转电机的第一实施例的纵截面图，
[0020] 图2示出沿着图1中的线II-II的剖面图，
[0021] 图3示出旋转电机的第二实施例的纵截面图，
[0022] 图4示出在定子叠片组的轴向长度之上的温度分布图，其具有和没有径向切口影响，
[0023] 图5示出沿着图3中的线V-V的剖面图，和
[0024] 图6示出旋转电机的第三实施例的纵截面图。
具体实施方式
[0025] 图1示出旋转电机的第一实施例的纵截面图，旋转电机在轴向方向上是旋转对称的，其中仅示出机器的上部分。这种机器、尤其马达具有大于10兆瓦的功率和大于5米的直径。旋转电机具有：定子1，定子具有定子叠片组2、前定子绕组头5a和后定子绕组头5b。此外，旋转电机具有转子8，转子具有前部的转子绕组头部6a和后转子绕组头6b和轴10。流体动力机器7生产一个、尤其是压力下的冷却空气流12、13、14，借助冷却空气流单侧地冷却机器。前转子绕组头6a和前定子绕组头5a借助于第三冷却空气流12直接冷却，而第一冷却空气流13从流体动力机器7的压力侧穿过在定子叠片组2和转子8之间的气隙3，以便冷却后转子绕组头6b。此外，定子叠片组2的绕组和转子8的绕组通过第一冷却空气流13从一侧冷却。第二冷却空气流14通过沿轴向方向延伸的通风通道9a、9b和空气偏转装置4冷却具有定子绕组的定子叠片组2以及后定子绕组头5b，通风通道径向地在定子叠片组中围绕旋转轴线设置，空气偏转装置在定子叠片组2处固定在后定子绕组头5b的一侧上并且封闭围绕后定子绕组头6b和沿轴向方向延伸的通风通道9a、9b的区域。在此，第二冷却空气流14在至少一个第一通道9a中穿过定子叠片组2流动至后定子绕组头5b，在那里冷却空气流14通过空气引导装置4被偏转经过后定子绕组头，并且随后由空气引导装置4沿至少一个第二通道9b从后定子绕组头5b起穿过定子叠片组2向回引导至流体动力机器7的抽吸侧。
[0026] 图2示出旋转电机的沿着图1中的线II-II的横截面。除了示意示出的转子8和轴10之外，可看见在定子叠片组2和转子8之间的气隙3、后定子绕组头5b和通风通道9a、9b。出于清楚起见，没有示出后转子绕组头6b、转子绕组和定子绕组。该图示出：通风通道9a、9b径向地围绕轴向延伸的旋转轴线布置，其中在该示例性设计方案中，冷却空气流14从第一通风通道9a中流出并且流动经过后绕组头部5b，而冷却空气流经由相邻的第二通风通道9b向回流动。
[0027] 图3示出旋转电机的第二实施例的纵截面图，其中附加地在轴向方向上布置的径向切口11将第二冷却空气流14的、形成穿过径向切口11的冷却空气流16的一部分从第一通道9a穿过定子叠片组2偏转到气隙3中。因此，后转子绕组头6b和定子叠片组2、尤其背离流体动力机器7的后部部分、例如定子叠片组2的后三分之一15附加地由径向切口11的冷却空气流16冷却。
[0028] 图4示出在定子叠片组2的轴向长度LS之上的温度分布图，其具有和没有穿过径向切口11的冷却空气流16的影响。如上面描述的那样，径向切口布置在定子叠片组2的后三分之一15中。示例地绘出三个径向切口11。没有径向切口的定子叠片组2上的温度T1随定子叠片组2的轴向长度LS的增加而持续地上升。具有径向切口的定子叠片组2上的温度T2在径向切口11的位置处由于冷却空气流16的冷却而下降，使得定子叠片组2的后三分之一15中的温度T2显著低于温度T1。此外，在定子叠片组2的后三分之一15中的、具有一定波动的温度T2保持近似恒定，其中波动与径向切口11的数量相关。
[0029] 图5示出沿着图3中的线V-V的旋转电机的横截面。该视图除了通风通道9a、9b之外示出上面描述的径向切口11，径向切口将第一通道9a与在定子叠片组2和转子8之间的气隙3连接，其中通风通道径向地围绕轴向延伸的旋转轴线设置。出于清楚起见，没有示出定子绕组和转子绕组。
[0030] 图6示出旋转电机的第三实施例的纵截面图，其中空气引导装置具有用于将第二冷却空气流14的至少一部分吹出的喷嘴17，第二冷却空气流被引导经过后定子绕组头5b。除了第一冷却空气流13之外，第二冷却空气流14的由喷嘴吹出的部分也冷却后转子绕组头
6b。辅助通风器18布置在空气引导装置4之内并且再次改进通过第二冷却空气流14在定子叠片组2的背离流体动力机器7的一侧上的冷却。
[0031] 综上所述，本发明涉及一种旋转电机，其具有：定子1、转子8和流体动力机器7，流体动力机器设置用于单侧地冷却旋转电机，其中定子1具有定子叠片组2、前定子绕组头5a和后定子绕组头5b，其中转子8具有后转子绕组头6b。为了在单侧通风的情况下与现有技术相比尤其在均匀温度分布方面对冷却进行改进，提出：定子叠片组2具有沿轴向方向延伸的通道9a、9b，通道设置用于：借助由流体动力机器7产生的第二冷却空气流14冷却后定子绕组头5b，其中至少一个第一通道9a设置用于使得由流体动力机器7产生的第二冷却空气流14穿过定子叠片组2被引导至后定子绕组头5b，其中在定子叠片组2上在后定子绕组头5b的一侧上固定有空气冷却装置4，其设置用于使得第二冷却空气流14转向经过后定子绕组头部5b，其中至少一个第二通道9b设置用于使得第二冷却空气流14从后定子绕组头5b穿过定子叠片组2向回引导，其中至少各两个沿轴向方向布置的径向切口11设置用于冷却定子叠片组2、尤其定子绕组和/或后转子绕组头6b，其中径向切口径向地布置在沿轴向方向延伸的通道9a、9b与在定子叠片组2和转子8之间的气隙3之间并且将二者彼此连接，其中径向切口11之间的轴向间距朝定子叠片组2的背离流体动力机器7的一侧变小，并且设置用于补偿通过单侧冷却产生的温度梯度。
