AT502354B1

AT502354B1 - Elektromagnetischer generator

Info

Publication number: AT502354B1
Application number: AT0199195A
Authority: AT
Original assignee: Gen Electric
Priority date: 1994-12-12
Filing date: 1995-12-06
Publication date: 2008-07-15
Also published as: US5633543A; AT502354A1

Description

2 AT 502 354 B1

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen elektromagnetischen Generator, mit einem Stator, der konzentrisch zu einem Rotor ist und Statorkernpakete aufweist, die ringförmig um den Rotor herum angeordnet sind, sowie radiale Statoreinlaßkanäle, die zwischen den Statorkernpaketen liegen, wobei sich jeder Statoreinlaßkanal radial einwärts von einer äußeren Statoroberfläche zu einer inneren Statoroberfläche in der Nähe des Rotors erstreckt, wobei jeder Statoreinlaßkanal eine Kanalquerschnittsfläche hat und die Verteilung der Kanalquerschnittsflächen der Kanäle im wesentlichen ungleichförmig über die Länge des Stators ist und jeder Statoreinlaßkanal einen Kanaleinlaß an der äußeren Statoroberfläche und einen Kanalauslaß an der inneren Statoroberfläche hat, und mit einem Kühlgaskreislauf.

Bei der Elektrizitätserzeugung erzeugen Stromgeneratoren auch Wärme, die aus dem Generator abgeführt werden muß. Wärme entsteht in Generatoren hauptsächlich durch Reibung und Stromfluß. Die Reibungserwärmung tritt auf, wenn sich der Rotor mit hoher Geschwindigkeit im Generator dreht. In ähnlicher Weise tritt auch eine Erwärmung auf, wenn Strom durch die Rotor-und Statorspulen fließt, weil sich diese Spulen relativ zueinander in den Magnetfeldern des Generators drehen. Generatoren sind mit Kühlsystemen ausgestattet, um die Wärme vom Stator und vom Rotor weg- und aus dem Generator abzuleiten.

Generatoren werden herkömmlicherweise mit Ventilationskühlsystemen gasgekühlt, in denen Luft oder andere Kühlgase über Kanäle im Rotor und Stator zirkulieren. In diesem Zusammenhang zeigt Fig. 1 einen Querschnitt einer Hälfte eines Generators 4 (siehe axiale Mittellinie 6 und Längsmittellinie 8) mit einem herkömmlichen Gegenstromventilationskühlsystem 10. Ein Teil der Kühlgasströmung ist auf den Rotor 12 gerichtet, wo Kühlgase 14, wie Umgebungsluft, in den Rotorkörper eingezogen werden. Die Kühlgase 14 werden durch die vom drehenden Rotor erzeugten Zentrifugalkräfte über Ventilationskanäle 16, 18 in den Rotor hineingezogen. Während die Gase durch den Rotor strömen, wird die Wärme des Rotors auf die Gase übertragen und die Temperatur der Gase erhöht sich in Richtung auf die Temperatur der Rotorspulen 20. Die erhitzten Rotorgase treten aus den Kanälen an der Oberfläche des Rotors in einen Luftspalt 22 zwischen dem Rotor und dem Stator 26 aus. Darüber hinaus kann der Rotor auch auf viele andere Arten als die in Fig. 1 beispielhaft gezeigte gekühlt werden. Drehflügel 28a, die an den Enden des Rotors montiert sind, ziehen das erhitzte Gas durch den Luftspalt 22 zwischen Stator und Rotor hindurch. Das erhitzte Gas 24 wird über einen externen Kanal 29 zu einem Wärmetauscher 28 geleitet, welcher das Gas kühlt.

Der Stator 26 wird durch Ventilationsströmungspfade gekühlt, die von den Strömungspfaden im Rotor getrennt sind. Kaltes Gas 30, das vom Wärmetauscher 28 gekühlt wird, tritt in eine Verteilerkammer 32 ein, welche den Stator umgibt. Weil die Endabschnitte des Stators den Drehflügeln 28a am nächsten sind, tendiert das Kühlgas naturgemäß dazu, durch die Kanäle nahe den Enden des Stators mit größerem Volumen und größerer Geschwindigkeit zu strömen als durch die Kanäle in der Mitte des Stators. Diese potentielle Unausgewogenheit der Kühlgasströmung durch den Stator wird herkömmlicherweise durch Leitblechkammern 34 kompensiert, welche sich um die Außenseite des Stators herum erstrecken. Die Leitblechkammern sind so angeordnet, daß sie das Kühlgas gleichmäßig über die Länge des Stators verteilen, so daß die Gasströmung zum Mittelabschnitt 36 des Stators im wesentlichen gleich der Gasströmung zu den Statorenden 38 ist. Die Leitblechkammern fügen dem in die Endabschnitte des Stators eintretenden Kühlgas zusätzliche Strömungsbeschränkungen und Druckabfälle zu, was bewirkt, daß ein Teil des Kühlgases, welches an sich zu den Enden des Stators strömen würde, zur Statormitte strömt. Die von den Leitblechkammern hervorgerufenen Druckabfälle im Kühlgas reduzieren jedoch den Gasdruck, der zum Bewegen des Kühlgases durch die Ventilationskanäle des Stators verfügbar ist.

Das gekühlte Gas 30 gelangt durch die Leitblechkammern (bzw. nahe der Statormitte direkt zum Stator) und in die Kühlgas-Einzugskanäle 40 in der Außenumfangsfläche 42 des Stators 26. Bei herkömmlichen Gegenstromsystemen haben die Statorkanäle 40 gleichförmige Querschnittsfläche, Länge und Abstand (Frequenz). Während die Gasströmung radial einwärts durch 3 AT 502 354 B1 den Stator strömt, wird Wärme von den Statorspulen 44 auf das Gas übertragen. Die Drehflügel 28a ziehen das erwärmte Gas aus dem Stator in den Luftspalt 22 und hinaus zum externen Kanal 29 und zum Wärmetauscher 28. Ein Teil des gekühlten Gases 30 aus dem Wärmetauscher wird über Abzugsöffnungen 46 an den Enden der Verteilerkammer 32 um den Stator herum abgeführt, um die Statorendwicklungen 48 zu kühlen.

Verhältnismäßig hohe Ventilationsdruckgefälle sind erforderlich, um Kühlluft durch die Leitblechkammern 34 und die Statorkanäle 40 von modernen, großen Stromgeneratoren zu pumpen. Mit Zunahme der Stromgeneratorleistungen und -großen steigt auch die Notwendigkeit eines immer höheren Ventilationsdruckgefälles für das Kühlgas. Ein Teil des Druckgefälles des Kühlgases wird von den Leitblechkammern aufgebraucht, und somit muß das Druckgefälle erhöht werden, um die Verluste in den Leitblechen zu kompensieren. Eine Lösung für dieses Problem besteht darin, andere Arten von Kühlgasen zu verwenden, die eine höhere Kühlkapazität haben als Umgebungsluft, z.B. Wasserstoffgas. Diese Arten von Gasen erfordern jedoch spezielle Abdichtungen, Reinigungssysteme und Diagnosegeräte, die komplex und teuer sind.

Luft ist ein einfach zu verwendendes und kostengünstiges Kühlgas, das keine komplexen Systeme zur Handhabung erfordert. Bedauerlicherweise hat Luft eine verhältnismäßig geringe Kühlkapazität. Um die geringe Kühlkapazität von Luft zu kompensieren, wurde das Volumen der Luftströmung durch den Stator mit Hilfe besserer Drehflügel, welche ein hohes Kühlgas-Druckgefälle erzeugen, fortschreitend erhöht. Das Druckgefälle könnte mit Hilfe mehrstufiger Ventilatoren weiter erhöht werden, jedoch steigt dann auch der Stromverbrauch. Im Ergebnis nimmt der Gesamtwirkungsgrad ab und die Kosten und die Komplexität steigen an. Zusätzlich lenken die Leitbleche, welche dazu verwendet werden, die Kühlgasströmung zur Statormitte zu leiten, die Kühlgasströmung um und haben dadurch ebenfalls den unerwünschten Effekt einer Verringerung des Druckes der Gase. Demgemäß besteht seit langem ein Bedarf, den Wirkungsgrad luftgekühlter Gegenstromgeneratoren zu erhöhen.

Aus der US 1,672,680 A ist ein Kühlsystem eines elektromagnetischen Generators bekannt, bei welchem sich neben radialen Einströmabschnitten ein radialer Ausströmabschnitt befindet, um eine annähernd gleichmäßige Strömung über die Länge eines Stators zu erreichen. Die Ein-strömabschnitte haben gesonderte Wärmetauscher mit Trennplatten, was die Komplexität und die Kosten der Maschine erhöht. Die Kühlluft wird von einem Ventilator und Diffusor in eine große Kammer und von dort durch die Wärmetauscher in die radialen Einströmabschnitte gebracht. Nach dem Kühlen der entsprechenden Statorkanäle kehrt die Kühlluft über den Spalt zwischen Rotor und Stator zurück in den Stator, und zwar in die Statorkanäle im radialen Ausströmabschnitt. Dieses Kühlmuster hat den Nachteil, daß das bereits erhitzte Kühlgas nochmals in den Ausströmabschnitt des Stators eingebracht wird. Der Ausströmabschnitt wird daher wesentlich heißer als die Einströmabschnitte, was die Ausgangsleistung des Generators begrenzt. Die Anzahl der Kanäle in den radialen Ausströmabschnitten kann von der Anzahl der Kanäle in den radialen Einströmabschnitten verschieden sein. Radialausgebildete Ausströmab-schnitte erhöhen die Komplexität und die Kosten der Maschine beträchtlich.

Die DD 75 094 A offenbart eine Kühlschlitzanordnung im Ständerblechpaket der auf Synchro-nenmaschinen mit untererregtem Betrieb abgestellte elektrischen Maschinen, bei welchen in den beiden Endbereichen des Ständerblechpaketes eine größere Anzahl von radialen Kühlschlitzen vorgesehen ist als in den den Endbereichen benachbarten Paketbereichen und vorzugsweise in Richtung vom Statorinneren zum Statoräußeren die axialen Breiten der in den beiden Endbereichen befindlichen Teilpakete kleiner und/oder die axialen Breiten der Kühlschlitze größer werden. Diese bekannte Kühlschlitzanordnung weist jedoch keinen geschlossenen Kühlgaskreislauf mit einem Ventilator und einem Wärmetauscher auf, wodurch die Kühlleistung verringert ist.

Die vorliegende Erfindung zielt darauf ab, einen elektromagnetischen Generator der vorstehend angegebenen Art zu schaffen, bei welchem die Kühlgasverteilung durch den Stator optimiert 4 AT 502 354 B1 und das für die Kühlgase erforderliche Druckgefälle minimiert ist.

Der erfindungsgemäße elektromagnetische Generator der einleitend angegebenen Art zeichnet sich dadurch aus, daß das Kühlgas in die Kanaleinlässe an der äußeren Statoroberfläche ein-tritt, durch die Statoreinlaßkanäle hindurch strömt, um Wärme aus den Statorkernpaketen abzuführen, die Kanalauslässe an der inneren Statoroberfläche verläßt und durch einen Spalt zwischen der inneren Statoroberfläche und dem Rotor entlang des Stators bis zu dessen Ende hindurchtritt, wobei die räumliche Verteilung in Richtung der Rotorachse und/oder der Kanalquerschnittsflächen der Statoreinlaßkanäle derart über die Länge des Stators variiert, daß der Druckabfall zwischen dem Kanaleinlaß jedes Statoreinlaßkanales und dem Ende des genannten Spaltes für alle Statoreinlaßkanäle im wesentlichen gleich ist.

Vorzugsweise ist die Kanalquerschnittsfläche bestimmter Statoreinlaßkanäle größer als die Kanalquerschnittsfläche anderer Statoreinlaßkanäle.

Alternativ ist die Kanalquerschnittsfläche eines Statoreinlaßkanales in einem Mittelabschnitt des Stators im wesentlichen größer als die Kanalquerschnittsfläche eines Statoreinlaßkanales in einem Endabschnitt des Stators.

Nach einem weiteren Erfindungsmerkmal nimmt die Kanalquerschnittsfläche der Statoreinlaßkanäle von einem ersten Abschnitt des Stators zu einem zweiten Abschnitt des Stators progressiv zu.

Nach einem anderen Erfindungsmerkmal ist der erste Abschnitt des Stators ein Mittelabschnitt des Stators und der zweite Abschnitt des Stators ein Endabschnitt des Stators.

Gegenstand der Erfindung ist auch ein elektromagnetischer Generator mit einem rotierenden zylindrischen Rotor mit einer Außenumfangsfläche, mit einem Ventilator, der auf einem axialen Endabschnitt des Rotors montiert und mit einem ringförmigen Gasspalt ausgerichtet ist, der neben der Außenumfangsfläche des Rotors liegt, mit einem ringförmigen Stator, der konzentrisch zum Rotor ist und Statorkernpakete aufweist, die ringförmig um den Rotor herum angeordnet sind, und der eine ringförmige Innenoberfläche neben dem Gasspalt hat, wobei radiale Statoreinlaßkanäle zwischen den Statorkernpaketen liegen und sich von der Innenoberfläche des Stators zu einer Außenumfangsfläche des Stators hin öffnen, wobei jeder Statoreinlaßkanal eine Kanalquerschnittsfläche hat und die Verteilung der Kanalquerschnittsflächen für die Kanäle im wesentlichen ungleichförmig über den Stator ist, und ferner die Kanäle Kühlgaseinlässe an der Außenumfangsfläche des Stators und Kühlgasauslässe an der ringförmigen Innenoberfläche aufweisen, mit einem Kühlgasverteiler, der radial außerhalb des Stators liegt und zu den radialen Statoreinlaßkanälen hin geöffnet ist, mit einem Wärmetauscher mit einem Abzugsauslaß, der an einen Einlaß des Kühlgasverteilers angeschlossen ist, und mit einer Kühlgasleitung, die an den Einlaß des Wärmetauschers an einem ersten Ende angeschlossen ist und sich an einem zweiten Ende zu dem ringförmigen Gasspalt hin öffnet, dadurch gekennzeichnet, daß das Kühlgas in einen Einlaß des Wärmetauschers eintritt, durch den Wärmetauscher hindurch strömt, den Abzugsauslaß verläßt und in den Kühlgasverteiler strömt, das Kühlgas in einen Einlaß des Verteilers eintritt und durch den Verteiler hindurch in die Einlässe der Kühlgaskanäle strömt, das Kühlgas in die Einlässe eintritt, durch die Kanäle hindurch strömt und über die Auslässe zum ringförmigen Spalt hin verläßt, und der Ventilator Kühlgas aus dem ringförmigen Gasspalt abzieht, so daß das Kühlgas durch den Ventilator vom Ringspalt zwischen Stator und Rotor wegbewegt wird, wobei der Strömungswiderstand für das Kühlgas zwischen jedem Einlaß zu den Kanälen und dem zweiten Ende der Kühlgasleitung für alle Kanäle im wesentlichen gleich ist.

Gegenstand der Erfindung ist auch ein elektromagnetischer Generator mit einem rotierenden zylindrischen Rotor mit einer Außenumfangsfläche, mit einem Ventilator, der auf einem axialen Endabschnitt des Rotors montiert ist und mit einem ringförmigen Gasspalt neben der Außenum- 5 AT 502 354 B1 fangsfläche des Rotors ausgerichtet ist, mit einem ringförmigen Stator, der konzentrisch zum Rotor liegt und Statorkernpakete aufweist, die ringförmig um den Rotor herum angeordnet sind, sowie eine ringförmige Innenoberfläche neben dem Gasspalt, wobei radiale Statoreinlaßkanäle zwischen den Statorkernpaketen liegen und sich von der Innenoberfläche des Stators zu einer Außenumfangsfläche des Stators hin öffnen, wobei jeder Kanal eine Kanalquerschnittsfläche hat und die Verteilung der Kanalquerschnittsflächen der Kanäle im wesentlichen ungleichförmig über den Stator ist, wobei die Kanalquerschnittsfläche eines ersten Statoreinlaßkanales im wesentlichen größer als die Kanalquerschnittsfläche eines zweiten Statoreinlaßkanales ist, und wobei die Statoreinlaßkanäle über den Stator in Richtung der Rotorachse mit einer vorgegebenen räumlichen Häufigkeit verteilt sind und diese vorgegebene Häufigkeitsverteilung der Kanäle ungleichmäßig über den Stator ist, mit einem Kühlgasverteiler, der radial außerhalb des Stators liegt und zu den radialen Statoreinlaßkanälen hin geöffnet ist, mit einem Wärmetauscher mit einem Abzugauslaß, der an einen Einlaß des Kühlgasverteilers angeschlossen ist, und mit einer Kühlgasleitung, die an einen Einlaß des Wärmetauschers an einem ersten Ende angeschlossen ist und sich an einem zweiten Ende zum ringförmigen Gasspalt hin öffnet, dadurch gekennzeichnet, daß der Gasspalt einen Gasabzug stromabwärts des Ventilators enthält, wobei Kühl-gaseinlässe zu den Kanälen an der Außenumfangsfläche des Stators liegen, und Kühlgasauslässe der Kanäle an der ringförmigen Innenoberfläche liegen, wobei der Kühlgasströmungswiderstand zwischen dem Einlaß zu jedem Kanal und dem Gasabzug aus dem Spalt im wesentlichen gleich für alle Kanäle ist.

Weitere Merkmale der Erfindung werden nachfolgend an Ausführungsbeispielen der Erfindung anhand der Zeichnungen näher beschrieben. Fig. 1 ist eine schematische Querschnittsdarstellung eines Generators, welche ein herkömmliches Gegenstromkühlsystem nach dem Stand der Technik zeigt; Fig. 2 ist eine schematische Querschnittsdarstellung eines Generators, welche ein Gegenstromkühlsystem gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt; und die Fig. 3 und 4 sind schematische Querschnittsdarstellungen eines Stators, welche bestimmte Merkmale verschiedener Ausführungsformen der Erfindung zeigen.

Fig. 2 zeigt einen Querschnitt einer Hälfte eines Generators 100 (siehe axiale Mittellinie 102 und Längsmittellinie 104) mit einem Gegenstromventilationskühlsystem 106. Der Generator weist einen sich drehenden Rotor 108 und einen stationären Stator 110 auf. Ein Kühlgasventilator 112 ist am Ende des Rotors montiert. Der Ventilator 112 dreht sich mit dem Rotor 108, um erhitzte Luft 114 aus einem Luftspalt 116 zwischen Rotor 108 und Stator 110 abzuziehen und in externe Gaskanäle 118 zu pumpen, welche den Generator 100 umgeben.

Die externen Gaskanäle 118 leiten das erwärmte Gas zu einem Wärmetauscher 120, welcher dem Generator 100 zugeordnet ist. Der Wärmetauscher 120 entzieht Wärme, die dem Gas vom Stator 110 und vom Rotor 108 mitgegeben wurde, und kühlt das Gas. Das gekühlte Gas 122 aus dem Wärmetauscher 120 tritt in eine Verteilerkammer 130 ein, welche den Stator 110 umgibt. Die Verteilerkammer 130 kann ringförmige Wände 132 enthalten, die am Stator 110 befestigt sind, das gekühlte Gas 122 zum Außenumfang 134 des Stators 110 leiten und das Kühlgas 122 auf bestimmte Abschnitte des Stators 110 beschränken. Die äußeren Wände 136 der Verteilerkammer 130 können auch eine Abzugsöffnung 138 aufweisen, welche etwas Kühlluft 122 aus der Kammer 130 zu den Enden des Stators 110 und über die Endwicklungen 140 der Statorspulen 142 leitet.

Wie in den Fig. 2 und 3 gezeigt, sind die Statoreinlaßkanäle 144 und 150 zwischen den Statorkernpaketen 145 im Stator 110 so ausgebildet, daß die breitesten Einlaßkanäle 146, d.h. jene mit der größten Querschnittsfläche, nahe der Statormitte angeordnet sind. Dies minimiert den Kanaldruckabfall im mittleren Statorabschnitt 104 und kompensiert den Druckabfall über die lange Axiallänge des Gasspaltes 116 zwischen Stator 110 und Rotor 108. Im Gegensatz dazu haben Statoreinlaßkanäle nach dem Stand der Technik gleichförmige Querschnitte über die Länge des Stators. Durch Verändern der Querschnittsfläche der Statoreinlaßkanäle 144 und 150 über die Länge des Stators 110 kann die Kühlgasströmungsverteilung für den Stator 110 6 AT 502 354 B1 optimiert werden. Beispielsweise kann ein heißer Abschnitt des Stators 110 mittels eines großen Volumens an Kühlgas gekühlt werden, indem breite Statoreinlaßkanäle 144, 150 in dem heißen Statorabschnitt angeordnet werden, oder mittels einer größeren Oberfläche und höheren Gasgeschwindigkeit durch Verwendung mehrerer enger Statoreinlaßkanäle 144, 150.

Die Statoreinlaßkanäle 148 außerhalb der Statormitte können fortschreitend enger sein als die Statoreinlaßkanäle 146, und die Statoreinlaßkanäle 150 nahe den Statorenden können die engsten Statoreinlaßkanäle im Stator 110 sein. Demgemäß können die Statoreinlaßkanäle im Stator 110 fortschreitend enger werden und somit kleinere Strömungsquerschnittsflächen haben, je näher man den äußeren Enden des Stators 110 kommt. Durch Ausbilden der Statoreinlaßkanäle im Stator 110 in der Weise, daß die breiteren Statoreinlaßkanäle mit den größeren Durchgängen nahe der Statormitte sind, wird der Druckabfall zwischen der äußeren Verteilerkammer 130 des Stators 110 und dem Einlaß zu einem Ventilator 112 über die Axiallänge des Stators 110 ausgeglichen.

Zusätzlich (oder alternativ) kann der Abstand der Statoreinlaßkanäle zwischen den Statorkernpaketen 152 ungleichmäßig sein, um die Kühlgasverteilung durch den Stator 110 zu optimieren, wie in den Fig. 2 und 4 gezeigt ist. In Fig. 4 haben die Statorkanäle 154 gleichförmige Querschnittsflächen, jedoch variiert der Abstand zwischen den einzelnen Kanälen über die Länge des Stators 110. Dies steht im Gegensatz zu dem in Fig. 3 gezeigten Stator 110, wo die Kanalfläche variiert, jedoch der Abstand zwischen den Statorkernpaketen 145 gleichmäßig ist. Die Statorkernpakete haben herkömmlicherweise alle eine einheitliche Länge (siehe Fig. 1), und die Statoreinlaßkanäle, die zwischen den Kernpaketen ausgebildet sind, sind gleichmäßig über die Länge des Stators 110 verteilt.

Bei den Ausführungsformen der Erfindung, die in den Fig. 2 und 4 gezeigt sind, haben die Statorkernpakete 152, 156, 158 nicht alle die gleiche Länge, und beispielsweise sind die Statorkernpakete 156 in der Mitte 104 des Stators 110 kürzer als die Statorkernpakete 158 an den Enden des Stators 110. Die Pakete zwischen der Mitte und den Enden des Kernes sind fortschreitend länger, d.h. jedes Paket nimmt in der Länge zu, wenn man von der Mitte zu den Enden des Stators 110 übergeht. Weil die Statorkernpakete in der Mitte des Stators 110 die kürzesten sind, ist die Häufigkeit (der Abstand zwischen den Kanälen) der Statoreinlaßkanäle 144, 150 zwischen den Paketen in der Mitte des Stators 110 größer als an den Enden des Stators 110. Die größere Häufigkeit der Kanäle in der Mitte des Stators 110 führt zu einem verringerten Kühlgasdruckabfall durch die Mitte des Stators 110 im Vergleich zu den Enden des Stators 110 und kompensiert somit den erhöhten Druckabfall über die lange Axiallänge des Gasspaltes 116.

Darüber hinaus kann die Verteilung der Statoreinlaßkanäle 144, 150 abhängig von dem speziellen Generator 100 optimiert werden, in dem diese Statoreinlaßkanäle 144, 150 angeordnet werden sollen. Beispielsweise kann bei einem Generator 100, der einen Einlaß bzw. Auslaß an nur einem Ende hat anstelle von beiden Generatorenden (wie es üblich ist), die höchste Häufigkeit von Statoreinlaßkanälen 144, 150 (und/oder Kanälen mit der größten Querschnittsfläche) an jenem Ende des Stators angeordnet werden, das von einem Kühlgaseinlaß am weitesten entfernt ist. Demgemäß kann ein Generator 100 spezielle Kühlanforderungen haben, welche das Umleiten eines größeren Kühlgasvolumens zu einem (von der Mitte des Stators 110 verschiedenen) Bereich des Stators 110 erfordern. Diese Anforderung kann erfüllt werden, indem die Häufigkeit der Statoreinlaßkanäle 144, 150 und/oder die Querschnittsfläche der Einlaßkanäle in jenem Bereich des Stators 110 erhöht wird, welcher den größten Kühlbedarf hat. In dieser Hinsicht kann der Abstand der Statoreinlaßkanäle 144, 150 variiert werden, während die Querschnittsfläche der Statoreinlaßkanäle 144, 150 konstant bleibt, wie in Fig. 4 gezeigt. In gleicher Weise kann die Querschnittsfläche der Statoreinlaßkanäle 144, 150 variiert werden, während der Abstand zwischen den Kanälen 144, 150 konstant bleibt, wie in Fig. 3 gezeigt ist. Zusätzlich können sowohl die Querschnittsfläche der Statoreinlaßkanäle 144 und 150 als auch der Abstand zwischen den Kanälen 144 und 150 variiert werden, wie in Fig. 2 gezeigt ist.

Claims

7 AT 502 354 B1 Das Erhöhen der Häufigkeitsverteilung und/oder der Querschnittsfläche bestimmter Statoreinlaßkanäle 144, 150 gleicht die Strömungsverteilung aus, ohne das Druckgefälle des in den Stator 110 eintretenden Kühlgases zu reduzieren, wie es bei der Verwendung von Leitblechkammern nach dem Stand der Technik um die Statorabschnitte herum geschieht. Statt dessen kann das Druckgefälle direkt dazu verwendet werden, das Kühlgas gleichmäßig durch die wärmeerzeugenden Abschnitte des Stators 110 zu pressen. In einigen Fällen kann es wünschenswert sein, die Verwendung von Leitblechkammern mit einer Variation der Häufigkeitsverteilung und/oder der Querschnittsfläche einiger Statoreinlaßkanäle 144, 150 zu kombinieren, um die gewünschte Kühlgasströmung durch den Stator 110 zu erzielen. Die Erfindung wurde in ihrer bevorzugten Ausfuhrungsform beschrieben. Die Erfindung ist nicht auf die offenbarten Ausführungsformen beschränkt, sondern umfaßt alle Modifikationen und äquivalente Ausbildungen, die im Rahmen der angeschlossenen Ansprüche liegen. Patentansprüche: 1. Elektromagnetischer Generator (100), mit: einem Stator (110), der konzentrisch zu einem Rotor (108) ist und Statorkernpakete (145) aufweist, die ringförmig um den Rotor (108) herum angeordnet sind, sowie radiale Statoreinlaßkanäle (144, 150), die zwischen den Statorkernpaketen (145, 152) liegen, wobei sich jeder Statoreinlaßkanal (144, 150) radial einwärts von einer äußeren Statoroberfläche (134) zu einer inneren Statoroberfläche in der Nähe des Rotors (108) erstreckt, wobei jeder Statoreinlaßkanal (144, 150) eine Kanalquerschnittsfläche hat und die Verteilung der Kanalquerschnittsflächen der Kanäle (144) im wesentlichen ungleichförmig über die Länge des Stators (110) ist und jeder Statoreinlaßkanal (144, 150) einen Kanaleinlaß an der äußeren Statoroberfläche (134) und einen Kanalauslaß an der inneren Statoroberfläche hat, und einem Kühlgaskreislauf, dadurch gekennzeichnet, daß das Kühlgas in die Kanaleinlässe an der äußeren Statoroberfläche (134) eintritt, durch die Statoreinlaßkanäle (144, 150) hindurch strömt, um Wärme aus den Statorkernpaketen (145, 152) abzuführen, die Kanalauslässe an der inneren Statoroberfläche verläßt und durch einen Spalt (116) zwischen der inneren Statoroberfläche und dem Rotor (108) entlang des Stators (110) bis zu dessen Ende hindurchtritt, wobei die räumliche Verteilung in Richtung der Rotorachse und/oder der Kanalquerschnittsflächen der Statoreinlaßkanäle (144, 150) derart über die Länge des Stators (110) variiert, daß der Druckabfall zwischen dem Kanaleinlaß jedes Statoreinlaßkanales (144, 150) und dem Ende des genannten Spaltes (116) für alle Statoreinlaßkanäle (144, 150) im wesentlichen gleich ist.
2. Elektromagnetischer Generator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kanalquerschnittsfläche bestimmter Statoreinlaßkanäle (146) größer ist als die Kanalquerschnittsfläche anderer Statoreinlaßkanäle (150).
3. Elektromagnetischer Generator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kanalquerschnittsfläche eines Statoreinlaßkanales (144, 150) in einem Mittelabschnitt (104) des Stators (110) im wesentlichen größer als die Kanalquerschnittsfläche eines Statoreinlaßkanales (144, 150) in einem Endabschnitt des Stators (110) ist.
4. Elektromagnetischer Generator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kanalquerschnittsfläche der Statoreinlaßkanäle (144, 150) von einem ersten Abschnitt des Stators (110) zu einem zweiten Abschnitt des Stators (110) progressiv zunimmt.
5. Elektromagnetischer Generator nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der genannte erste Abschnitt des Stators (110) ein Mittelabschnitt des Stators (110) ist und der 8 AT 502 354 B1 genannte zweite Abschnitt des Stators (110) ein Endabschnitt des Stators (110) ist.
6. Elektromagnetischer Generator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Statoreinlaßkanäle (144, 150) über den Stator (110) mit einer vorgegebenen räumlichen Verteilung der Kanäle verteilt sind und die Verteilung der Kanäle ungleichförmig über die Länge des Stators (110) ist.
7. Elektromagnetischer Generator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Statoreinlaßkanäle (144, 150) über den Stator (110) mit einer vorgegebenen räumlichen Verteilung der Kanäle (144, 150) verteilt sind und die vorgegebene räumliche Verteilung der Kanäle (144, 150) über den Stator (110) progressiv zunimmt.
8. Elektromagnetischer Generator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Statoreinlaßkanäle (144, 150) in einem Mittelabschnitt (104) des Stators (110) mit höherer räumlicher Häufigkeit angeordnet sind als in einem Endabschnitt des Stators (110).
9. Elektromagnetischer Generator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Statoreinlaßkanäle (144, 150) über den Stator (110) mit einer vorgegebenen räumlichen Häufigkeit der Kanäle (144, 150) verteilt sind und die räumliche Häufigkeitsverteilung der Kanäle (144,150) ungleichförmig über die Länge des Stators (110) ist.
10. Elektromagnetischer Generator (100), mit: einem rotierenden zylindrischen Rotor (108) mit einer Außenumfangsfläche; einem Ventilator (112), der auf einem axialen Endabschnitt des Rotors (108) montiert und mit einem ringförmigen Gasspalt (116) ausgerichtet ist, der neben der Außenumfangsfläche des Rotors (108) liegt; einem ringförmigen Stator (110), der konzentrisch zum Rotor (108) ist und Statorkernpakete (145, 152) aufweist, die ringförmig um den Rotor (108) herum angeordnet sind, und der eine ringförmige Innenoberfläche neben dem Gasspalt (116) hat, wobei radiale Statoreinlaßkanäle (144, 154) zwischen den Statorkernpaketen (145, 152) liegen und sich von der Innenoberfläche des Stators (110) zu einer Außenumfangsfläche (134) des Stators (110) hin öffnen, wobei jeder Statoreinlaßkanal (144, 154) eine Kanalquerschnittsfläche hat und die Verteilung der Kanalquerschnittsflächen für die Statoreinlaßkanäle (144, 150) im wesentlichen ungleichförmig über den Stator (110) ist, und ferner die Statoreinlaßkanäle (144, 150) Kühlgaseinlässe an der Außenumfangsfläche (134) des Stators (110) und Kühlgasauslässe an der ringförmigen Innenoberfläche aufweisen; einem Kühlgasverteiler (130), der radial außerhalb des Stators (110) liegt und zu den radialen Statoreinlaßkanälen (144, 150) hin geöffnet ist; einem Wärmetauscher (120) mit einem Abzugsauslaß, der an einen Einlaß des Kühlgasverteilers (130) angeschlossen ist; und einer Kühlgasleitung (118), die an den Einlaß des Wärmetauschers (120) an einem ersten Ende angeschlossen ist und sich an einem zweiten Ende zu dem ringförmigen Gasspalt (116) hin öffnet; dadurch gekennzeichnet, daß das Kühlgas in einen Einlaß des Wärmetauschers (120) eintritt, durch den Wärmetauscher (120) hindurch strömt, den Abzugsauslaß verläßt und in den Kühlgasverteiler (130) strömt, das Kühlgas in einen Einlaß des Verteilers (130) eintritt und durch den Verteiler (130) hindurch in die Einlässe der Statoreinlaßkanäle (144, 150) strömt, das Kühlgas in die Einlässe eintritt, durch die Statoreinlaßkanäle (144, 150) hindurch strömt und über die Auslässe zum ringförmigen Spalt (116) hin verläßt, und der Ventilator (112) Kühlgas aus dem ringförmigen Gasspalt (116) abzieht, so daß das Kühlgas durch den Ventilator (112) vom Ringspalt (116) zwischen Stator (110) und Rotor (108) wegbewegt wird, wobei der Strömungswiderstand für das Kühlgas zwischen jedem Einlaß zu den Kanälen und dem zweiten Ende der Kühlgasleitung für alle Statoreinlaßkanäle (144, 150) im we- 9 AT 502 354 B1 sentlichen gleich ist.
11. Elektromagnetischer Generator nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß ein erster Statoreinlaßkanal (146) in einem Mittelabschnitt des Stators (110) liegt und ein zweiter Statoreinlaßkanal (150) in einem Endabschnitt des Stators (110) liegt.
12. Elektromagnetischer Generator nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Kanalquerschnittsfläche des ersten Statoreinlaßkanales (146) im wesentlichen größer ist als die Kanalquerschnittsfläche des zweiten Statoreinlaßkanales (150).
13. Elektromagnetischer Generator nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Kanalquerschnittsfläche jedes Statoreinlaßkanales zwischen dem genannten ersten Statoreinlaßkanal (146) und dem genannten zweiten Statoreinlaßkanal (150) progressiv zunimmt.
14. Elektromagnetischer Generator nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Statoreinlaßkanäle (144, 150) über den Stator (110) in Richtung der Rotorachse mit einer vorgegebenen räumlichen Häufigkeit der Statoreinlaßkanäle (144, 150) verteilt sind und die vorgegebene räumliche Verteilung der Statoreinlaßkanäle (144, 150) ungleichförmig über den Stator (110) ist.
15. Elektromagnetischer Generator nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die vorgegebene räumliche Verteilung der Statoreinlaßkanäle (144, 150) in Richtung zur Mitte hin entlang des Stators (110) progressiv zunimmt.
16. Elektromagnetischer Generator nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Statoreinlaßkanäle (144, 150) in einem Mittelabschnitt (104) des Stators (110) mit höherer Häufigkeit angeordnet sind als in einem Endabschnitt des Stators (110).
17. Elektromagnetischer Generator nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Statoreinlaßkanäle (144, 150) über den Stator (110) mit einer vorgegebenen räumlichen Häufigkeit der Statoreinlaßkanäle (144, 150) verteilt sind und diese räumliche Häufigkeitsverteilung der Statoreinlaßkanäle (144, 150) über die Länge des Stators (110) ungleichförmig ist.
18. Elektromagnetischer Generator (10), mit: einem rotierenden zylindrischen Rotor (108) mit einer Außenumfangsfläche; einem Ventilator (112), der auf einem axialen Endabschnitt des Rotors (108) montiert ist und mit einem ringförmigen Gasspalt (116) neben der Außenumfangsfläche des Rotors (108) ausgerichtet ist; einem ringförmigen Stator (110), der konzentrisch zum Rotor (108) liegt und Statorkernpakete (145, 152) aufweist, die ringförmig um den Rotor (108) herum angeordnet sind, sowie eine ringförmige Innenoberfläche neben dem Gasspalt (116), wobei radiale Statoreinlaßkanäle (144 bis 150) zwischen den Statorkernpaketen (145, 152) liegen und sich von der Innenoberfläche des Stators (110) zu einer Außenumfangsfläche (134) des Stators (110) hin öffnen, wobei jeder Statoreinlaßkanal eine Kanalquerschnittsfläche hat und die Verteilung der Kanalquerschnittsflächen der Statoreinlaßkanäle (144 und 150) im wesentlichen ungleichförmig über den Stator (110) ist, wobei die Kanalquerschnittsfläche eines ersten Statoreinlaßkanales (146) im wesentlichen größer als die Kanalquerschnittsfläche eines zweiten Statoreinlaßkanales (150) ist, und wobei die Statoreinlaßkanäle (144 und 150) über den Stator (110) in Richtung der Rotorachse mit einer vorgegebenen räumlichen Häufigkeit verteilt sind und diese vorgegebene Häufigkeitsverteilung der Kanäle ungleichmäßig über den Stator (110) ist; und einem Kühlgasverteiler (130), der radial außerhalb des Stators (110) liegt und zu den radialen Statoreinlaßkanälen (144, 150) hin geöffnet ist; einem Wärmetauscher (120) mit einem Abzugauslaß, der an einen Einlaß des Kühlgasver- 10 AT 502 354 B1 teilers (130) angeschlossen ist; und einer Kühlgasleitung (118), die an einen Einlaß des Wärmetauschers (120) an einem ersten Ende angeschlossen ist und sich an einem zweiten Ende zum ringförmigen Gasspalt (116) hin öffnet, dadurch gekennzeichnet, daß der Gasspalt (116) einen Gasabzug stromabwärts des Ventilators (112) enthält; wobei Kühlgaseinlässe zu den Statoreinlaßkanälen (144, 150) an der Außenumfangsfläche des Stators (110) liegen, und Kühlgasauslässe der Statoreinlaßkanäle (144 und 150) an der ringförmigen Innenoberfläche liegen, wobei der Kühlgasströmungswiderstand zwischen dem Einlaß zu jedem Statoreinlaßkanal (144 und 150) und dem Gasabzug aus dem Gasspalt (116) im wesentlichen gleich für alle Kanäle ist.
19. Elektromagnetischer Generator nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Statoreinlaßkanal (146) in einem Mittelabschnitt (104) des Stators (110) und der zweite Statoreinlaßkanal (150) in einem Endabschnitt des Stators (110) liegt.
20. Elektromagnetischer Generator nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Kanalquerschnittsfläche jedes Statoreinlaßkanales zwischen dem ersten und dem genannten zweiten Kanal (146 bzw. 150) progressiv zunimmt.
21. Elektromagnetischer Generator nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die vorgegebene räumliche Verteilung der Statoreinlaßkanäle (144 bis 150) über den Stator (110) progressiv zunimmt.
22. Elektromagnetischer Generator nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Statoreinlaßkanäle (144 bis 150) in einem Mittelabschnitt (104) des Stators (110) häufiger angeordnet sind als in einem Endabschnitt des Stators (110). Hiezu 4 Blatt Zeichnungen