WO2002035686A1 - Schnelllaufende elektrische maschine - Google Patents

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WO2002035686A1
WO2002035686A1 PCT/IB2001/001977 IB0101977W WO0235686A1 WO 2002035686 A1 WO2002035686 A1 WO 2002035686A1 IB 0101977 W IB0101977 W IB 0101977W WO 0235686 A1 WO0235686 A1 WO 0235686A1
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radial
blading
guide ring
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Inventor
Ralf Jakoby
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Alstom (Switzerland) Ltd.
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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K1/00—Details of the magnetic circuit
    • H02K1/06—Details of the magnetic circuit characterised by the shape, form or construction
    • H02K1/22—Rotating parts of the magnetic circuit
    • H02K1/32—Rotating parts of the magnetic circuit with channels or ducts for flow of cooling medium
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K9/00—Arrangements for cooling or ventilating
    • H02K9/02—Arrangements for cooling or ventilating by ambient air flowing through the machine
    • H02K9/04—Arrangements for cooling or ventilating by ambient air flowing through the machine having means for generating a flow of cooling medium
    • H02K9/06—Arrangements for cooling or ventilating by ambient air flowing through the machine having means for generating a flow of cooling medium with fans or impellers driven by the machine shaft

Definitions

  • the present invention relates to the field of high-speed electrical machines. It relates to a high-speed electrical machine according to the preamble of claim 1.
  • motors for driving pipeline compressors which are integrated in the natural gas pipeline and through which the pumped medium (methane) flows under a pressure between 40 and 70 bar. In this case, cooling of the rotor interior may not be necessary.
  • the entry into the rotor is usually very simple.
  • the air is either directed through axial, cylindrical inlet openings into the inside of the rotor or the flow is pre-twisted through radial, straight struts to reduce the imprinted losses. This type of air flow generates high entry losses at very high peripheral speeds.
  • the object is achieved by the entirety of the features of claim 1.
  • the essence of the invention is to allow the front supply of the cooling medium to take place via at least one gas guide ring integrated in the rotor, which comprises guide and acceleration means acting in the radial direction.
  • the cooling medium is guided outwards with approximate acceleration to the circumferential speed of the rotor and can then enter the axial cooling channels with little loss.
  • the pressure in the cooling medium is increased by the control and acceleration means, so that the rotor, with a suitable design, self-ventilates or even generates an excess pressure that can be used in subsequent components.
  • the guide and acceleration means acting in the radial direction comprise radial blading.
  • a gas guide ring which acts in a similar way to the compressor impeller of a turbocharger, already brings about a significant reduction in losses and a noticeable increase in pressure with a comparatively simple construction.
  • a further improvement can be achieved if an additional axial blading is arranged in the flow direction before the radial blading.
  • the structure of the gas guide ring can be simplified if, according to another preferred embodiment of the invention, the guide and acceleration means acting in the radial direction comprise radial struts or split radial struts.
  • the machine is constructed in such a way that the rotor active part is held together on the end face by press plates and has short-circuit disks which are arranged outside the press plates, it is particularly advantageous if the gas guide ring is arranged between one of the press plates and the corresponding short-circuit disk, and if an existing one additional axial blading is arranged between the corresponding short-circuiting disc and the rotor shaft.
  • Fig. 1 shows a first preferred in a schematic longitudinal section
  • FIG. 2 shows a perspective view of one end face of the rotor according to FIG. 1 with the radial blading of the gas guide ring, which is shown without a cover disk;
  • FIG. 3 shows a representation, comparable to FIG. 2, of a rotor with a gas guide ring arranged between the press plate and the external short-circuit disk with separate axial and radial blading;
  • FIG. 4 the rotor according to FIG. 3 with the short-circuit disc omitted;
  • FIG. 5a-e in schematic longitudinal section different configurations of the gas guide ring according to the invention (partial figures 5 (b) to 5 (e)) compared to a rotor without a guide device (partial figure 5 (a)); and
  • FIG. 6 shows the calculated pressure generation for the 5 shown in FIG. 5
  • FIG. 1 shows an example of an asymmetrically cooled and axially flowed rotor 10 of a high-speed electrical machine in a schematic longitudinal section.
  • the rotor 10 comprises a rotor shaft 11 on which a rotor active part 12 is arranged.
  • the rotor active part 12 is held together from both ends by screwed pressure plates 13, 14, on the inside of which a short-circuiting disk 15, 16 is arranged.
  • a plurality of axial cooling channels 17, 18 run through the rotor active part 12 between the rotor shaft and the outer circumference of the rotor active part in the axial direction.
  • the cooling air (or more generally: the gaseous cooling medium) enters on the left side through an inlet opening 21 into a gas guide ring 25 which is designed as an impeller provided with radial blading 20, integrated in the rotor and delimited on the outside by a cover disk 19.
  • a gas guide ring 25 which is designed as an impeller provided with radial blading 20, integrated in the rotor and delimited on the outside by a cover disk 19.
  • the gas guide ring 25 operates on the one hand in accelerating the flow medium (cooling medium) to the circumferential speed of the rotor 10 as uniformly as possible, so that the relative speed of the fluid and the rotor is thereby reduced.
  • the pressure losses that occur are generally proportional to the square of this speed difference and are minimized in this way.
  • Another very important property of the gas guide ring 25 is the increase in the pressure in the flow medium, so that the rotor 10, with a suitable design, self-ventilates or even generates an excess pressure which can be used in subsequent components.
  • the structural design of the gas guide ring 25 from FIG. 1 is comparable to the compressor impeller of a turbocharger; however, in contrast to this, there is no direct outflow from the blading into a stationary component, but the fluid flows into the axial cooling channels 17, 18 in the rotor 10.
  • FIG. 2 shows a possible design (purely radial shape) of the gas guide ring 25.
  • the cover plate 19 for encapsulating the impeller has been omitted.
  • the diagonal version (not shown), in which an axial inflow and a radial outflow are realized within a single blading.
  • a purely axial row of blades 22 followed by a purely radial row of blades 20 can be a sensible solution (FIGS. 3, 4). This is particularly the case with machines with an external short-circuiting disk 15 '(FIG. 3).
  • the area below the short-circuit disk (the short-circuit ring) 15 ' can be used for the axial blading 22 and the annular space between the short-circuit disk 15' and the press plate for the radial blading 20.
  • a gas guide ring 25 with purely radial blading 20 (FIG. 5 (d); with two different blade angles), and
  • a gas guide ring 25 with axial and radial blading 22 or 20 (FIG. 5 (e); each with two different blade angles).
  • the results of the study apply to a speed of 12,000 rpm and an outer rotor diameter of 460 mm and are summarized in a bar chart in FIG. 6.
  • the static pressure difference between an annular inlet plenum and the outlet cross section at the end of the rotor cooling channels (17, 18 in FIG. 1) is shown for the configurations examined for a constant cooling air mass flow.
  • the bars (A) and (C) relate to a configuration according to FIG. 5 (e) with two different ones Blade angles
  • the bars (B) and (D) relate to a configuration according to FIG. 5 (d) with two different blade angles
  • the bar (E) relates to the configuration according to FIG. 5 (a) without guide device
  • the Bars (F) and (G) refer to the configurations according to FIGS. 5 (c) and 5 (b) with radial divided or undivided struts 24 and 23, respectively.
  • the static pressure in the outlet cross section is slightly higher (variants with straight struts; bars (F) and (G)) or significantly higher (bars (B) and (D) with radial blading and bars (A) and ( C) with radial and axial blading) than in the inlet cross-section outside the rotor.
  • the best bladed configuration (A) creates a six-fold excess pressure compared to the straight and split strut impeller (F).
  • the rotor 10 can be designed as a self-ventilating component with a suitable design of the gas guide ring 25 and is even able to generate an excess pressure. This can bring about considerable advantages for the overall system, since a possibly existing external fan can be dimensioned much smaller or can sometimes be omitted if the rotor 10 contributes to the pressure build-up.

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Motor Or Generator Cooling System (AREA)

Abstract

Eine schnelllaufende elektrische Maschine, insbesondere in Form eines Asynchronmotors, umfasst einen mittels einer Rotorwelle (11) drehbar gelagerten Rotor (10) mit einem Rotoraktivteil (12), der über zwischen Rotorwelle (11) und dem Aussenumfang des Rotoraktivteils (12) angeordnete, axiale Kühlkanäle (17, 18) gekühlt wird, denen von wenigstens einer Stirnseite des Rotors (10) ein gasförmiges Kühlmedium, insbesondere Kühlluft, zugeführt wird. Bei einer solchen Maschine wird eine verbesserte Kühlung dadurch erreicht, dass die stirnseitige Zufuhr des Kühlmediums über wenigstens einen in den Rotor (10) integrierten Gasleitring (25) erfolgt, der in radialer Richtung wirkende Leit- und Beschleunigungsmittel (20) umfasst.

Description

BESCHREIBUNG
SCHNELLLAUFENDE ELEKTRISCHE MASCHINE
TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der schnelllaufenden elektrischen Maschinen. Sie betrifft eine schnelllaufende elektrische Maschine gemäss dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
STAND DER TECHNIK
Die Kühlung schnellaufender elektrischer Maschinen, insbesondere Asynchronmotoren, die am Rotoraussendurchmesser Umfangsgeschwindigkeiten von bis zu 300 m/s erreichen können, stellt hohe Anforderungen an die Auswahl eines geeigneten Kühlkonzepts, wie auch an die Auslegung der Einzelkomponenten. Die abzuführende elektrische Verlustleistung erreicht in der Regel auch im Rotor Werte, welche eine interne Kühlung erfordern. Eine Wärmeabfuhr allein über den Luftspalt zwischen Rotor und Stator und über die Stirnflächen des Rotors ist zur Einhaltung der durch die jeweilige Isolationsklasse bestimmten Temperaturgrenzwerte oftmals nicht ausreichend. Eine Sonderstellung nehmen hierbei Maschinen ein, welche mit einem unter hohem Druck stehenden Medium gekühlt werden können. Hier sind beispielsweise Motoren zum Antrieb von Pipelinekompressoren zu nennen, welche in die Erdgasleitung integriert sind und vom Fördermedium (Methan) unter einem Druck zwischen 40 und 70 bar durchströmt werden. In diesem Fall kann u.U. auf eine Kühlung des Rotorinneren verzichtet werden.
Bei Anwendungen, die eine Durchströmung des Rotors erfordern, sind zwei gegensätzliche Bedingungen zu erfüllen, welche insbesondere bei Rotorumfangsgeschwindigkeiten im transsonischen Bereich von entscheidender Bedeutung sind. Einerseits ist durch die Zufuhr eines ausreichenden Kühlmittelmassenstroms stets eine zuverlässige Wärmeabfuhr zu gewährleisten.
Demgegenüber steht die Forderung nach einer Begrenzung der Ventilationsverluste, die proportional zum Massenstrom und zur zweiten bzw. dritten Potenz der Rotorumfangsgeschwindigkeit sind und die den Gesamtwirkungsgrad der Maschine signifikant beeinträchtigen können. Die Eintritts- bzw. Austrittsverluste des Kühlmediums, wie auch die aerodynamischen Verluste im Rotor selbst können hierbei ein Vielfaches der für die stationären Maschinenkomponenten aufzuwendenden Ventilationsleistung betragen. Der Ventilationsbedarf der rotierenden Komponenten kann beispielsweise durch einen externen Ventilator erzeugt werden. Dieser ist bei hochdrehenden Maschinen ohne zusätzliche Maßnahmen am Rotor zur Begrenzung der Verluste sehr groß zu dimensionieren und stellt somit eine sehr teure und aufwendige Lösung dar.
Bei selbst- wie auch bei fremdventilierten elektrischen Maschinen ist der Eintritt in den Rotor üblicherweise sehr einfach gestaltet. Die Luft wird entweder durch axiale, zylindrische Eintrittsöffnungen in das Rotorinnere geleitet oder es wird der Strömung durch radiale, gerade Streben ein Vordrall zur Reduzierung der Ein- tri-tsverluste aufgeprägt. Diese Art der Luftführung generiert bei sehr großen Umfangsgeschwindigkeiten hohe Eintrittsverluste.
Es ist deshalb in der Druckschrift DE-A1-196 53 839 bereits vorgeschlagen worden, bei einem Turbogenerator mit direkter Gaskühlung zur optimalen Anströmung des Rotors auf dem Rotor eine zweistufige Axialbeschaufelung anzubringen, welche zur Umlenkung der Strömung verwendet wird. Da die bekannte Axialbeschaufelung innerhalb der Rotorkappenplatte direkt auf dem Aussenumfang der Rotorwelle angeordnet ist, reicht sie jedoch nicht aus, um das Kühlmedium auf eine Umfangsgeschwindigkeit zu bringen, die in etwa gleich der Umfangsgeschwindigkeit der aussenliegenden axialen Kühlkanäle des Rotoraktivteils ist, so dass Eintrittsverluste in diesem Bereich nicht zu vermeiden sind.
DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine schnelllaufende elektrische Maschine zu schaffen, welche sich bei der Kühlung des Rotors durch reduzierte Verluste im Kühlkreislauf auszeichnet.
Die Aufgabe wird durch die Gesamtheit der Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Der Kern der Erfindung besteht darin, die stirnseitige Zufuhr des Kühlmediums über wenigstens einen in den Rotor integrierten Gasleitring erfolgen zu lassen, der in radialer Richtung wirkende Leit- und Beschleunigungsmittel umfasst. Durch diese radial wirkenden Leit- und Beschleunigungsmittel wird das Kühlmedium unter näherungsweiser Beschleunigung auf die Rotorumfangsgeschwindigkeit nach aussen geleitet und kann dann mit geringen Verlusten in die axialen Kühlkanäle eintreten. Zugleich wird durch die Leit- und Beschleunigungsmittel der Druck im Kühlmedium erhöht, so dass sich der Rotor bei geeigneter Auslegung selbst ventiliert oder sogar einen Drucküberschuss erzeugt, der in nachfolgenden Komponenten genutzt werden kann. Gemäss einer ersten bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung umfassen die in radialer Richtung wirkenden Leit- und Beschleunigungsmittel eine radiale Beschaufelung. Ein derartiger Gasleitring, der ähnlich wirkt, wie das Verdichterlaufrad eines Turboladers, bringt bei vergleichsweise einfachem Aufbau bereits eine deutliche Verringerung der Verluste und einen merklichen Druckaufbau.
Eine weitere Verbesserung lässt sich erreichen, wenn in Strömungsrichtung vor der radialen Beschaufelung zusätzlich eine axiale Beschaufelung angeordnet ist.
Der Aufbau des Gasleitringes lässt sich vereinfachen, wenn gemäss einer anderen bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung die in radialer Richtung wirkenden Leit- und Beschleunigungsmittel radiale Streben oder geteilte radiale Streben umfassen.
Wenn die Maschine so aufgebaut ist, dass der Rotoraktivteil stirnseitig durch Pressplatten zusammengehalten wird, sowie Kurzschlussscheiben aufweist, welche ausserhalb der Pressplatten angeordnet sind, ist es besonders günstig, wenn der Gasleitring zwischen einer der Pressplatten und der entsprechenden Kurzschlussscheibe angeordnet ist, und wenn eine vorhandene zusätzliche axiale Beschaufelung zwischen der entsprechenden Kurzschlussscheibe und der Rotorwelle angeordnet ist.
Weitere Ausführungsformen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
KURZE ERLÄUTERUNG DER FIGUREN
Die Erfindung soll nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen im Zusammenhang mit der Zeichnung näher erläutert werden. Es zeigen
Fig. 1 in einem schematisierten Längsschnitt ein erstes bevorzugtes
Ausführungsbeispiel des Rotors einer elektrischen Maschine nach der Erfindung mit einem Gasleitring, welcher nur eine radiale Beschaufelung umfasst;
Fig. 2 in einer perspektivischen Darstellung die eine Stirnseite des Rotors gemäss Fig. 1 mit der radialen Beschaufelung des Gasleitrin- ges, der ohne Deckscheibe wiedergegeben ist;
Fig. 3 eine zu Fig. 2 vergleichbare Darstellung eines Rotors mit einem zwischen Pressplatte und aussenliegender Kurzschlussscheibe angeordnetem Gasleitring mit getrennter axialer und radialer Beschaufelung;
Fig. 4 der Rotor nach Fig. 3 mit weggelassener Kurzschlussscheibe;
Fig. 5a-e im schematisierten Längsschnitt verschiedene Ausgestaltungen des Gasleitringes nach der Erfindung (Teilfiguren 5(b) bis 5(e)) im Vergleich zu einem Rotor ohne Leiteinrichtung (Teilfigur 5(a)); und
Fig. 6 die berechnete Druckerzeugung für die in Fig. 5 dargestellten 5
Rotoreintrittskonfigurationen, wobei für die Varianten gemäss Fig. 5(d) und 5(e) je zwei verschiedene Schaufelwinkel angenommen worden sind.
WEGE ZUR AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG
Die nachfolgend erläuterte Erfindung ist für alle Kühlkonzepte geeignet, welche eine stirnseitige Zufuhr der Kühlluft zum Rotor beinhalten. Dies betrifft sowohl asymmetrische Rotorkühlkonzepte mit einseitiger Kühlluftzufuhr wie auch symmetrische Konzepte mit beidseitiger Einspeisung. Zur Veranschaulichung ist in Fig. 1 exemplarisch ein asymmetrisch gekühlter und axial durchströmter Rotor 10 einer schnelllaufenden elektrischen Maschine im schematisierten Längsschnitt darge- stellt. Der Rotor 10 umfasst eine Rotorwelle 11 , auf der ein Rotoraktivteil 12 angeordnet ist. Der Rotoraktivteil 12 ist von beiden Stirnseiten her durch verschraubte Pressplatten 13, 14 zusammengehalten, auf deren Innenseite jeweils eine Kurzschlussscheibe 15, 16 angeordnet ist. Durch den Rotoraktivteil 12 laufen zwischen Rotorwelle und dem Aussenumfang des Rotoraktivteils in axialer Richtung mehrere axiale Kühlkanäle 17, 18.
Die Kühlluft (oder allgemeiner: das gasförmige Kühlmedium) tritt auf der linken Seite durch eine Eintrittsöffnung 21 in einen Gasleitring 25 ein, der als mit einer radialen Beschaufelung 20 versehenes, in den Rotor integriertes und nach aussen von einer Deckscheibe 19 begrenztes Laufrad ausgebildet ist. Nachdem die Kühlluft im Gasleitring beschleunigt und nach aussen umgelenkt worden ist, durchströmt sie den Rotoraktivteil 12 in den axialen Kühlkanälen 17, 18 und tritt auf der rechten Seite wieder aus dem Rotoraktivteil 12 aus. Die Wirkungsweise des Gasleitrings 25 besteht einerseits in einer möglichst gleichförmigen Beschleunigung des Strömungsmediums (Kühlmediums) auf die Umfangsgeschwindigkeit des Rotors 10, so daß hierdurch die Relativgeschwindigkeit von Fluid und Rotor verringert wird. Die auftretenden Druckverluste sind in der Regel proportional zum Quadrat dieser Geschwindigkeitsdifferenz und werden auf diese Weise minimiert. Eine weitere sehr wichtige Eigenschaft des Gasleitrings 25 ist die Erhöhung des Drucks im Strömungsmedium, so dass sich der Rotor 10 bei geeigneter Auslegung selbst ventiliert oder sogar einen Drucküberschuss erzeugt, der in nachfolgenden Komponenten genutzt werden kann.
Die konstruktive Gestaltung des Gasleitrings 25 aus Fig. 1 ist mit dem Verdichterlaufrad eines Turboladers vergleichbar; allerdings findet im Gegensatz hierzu kein unmittelbares Ausströmen aus der Laufbeschaufelung in ein stationäres Bauteil statt, sondern das Fluid strömt in die axialen Kühlkanäle 17, 18 im Rotor 10 ein.
In Fig. 2 ist eine mögliche Bauform (rein radiale Form) des Gasleitrings 25 dargestellt. Zur besseren Visualisierung der (radialen) Beschaufelung 20 ist die Deckscheibe 19 zur Kapselung des Laufrads weggelassen. Als weitere mögliche Bauform ist die (nicht dargestellte) diagonale Ausführung zu nennen, bei der innerhalb einer einzigen Beschaufelung eine axiale Zuströmung und eine radiale Abströmung verwirklicht ist. Je nach Ausführung der Maschine kann jedoch auch eine rein axiale Schaufelreihe 22 gefolgt von einer rein radialen Schaufelreihe 20 eine sinnvolle Lösung sein (Fig. 3, 4). Dies ist insbesondere bei Maschinen mit einer außen liegenden Kurzschlussscheibe 15' der Fall (Fig. 3). Hier kann der Bereich unterhalb der Kurzschlussscheibe (des Kurzschlussrings) 15' für die axiale Beschaufelung 22 und der Ringraum zwischen Kurzschlussscheibe 15' und Pressplatte für die radiale Beschaufelung 20 genutzt werden.
Die Wirksamkeit der Erfindung wurde im Rahmen einer Studie unter Verwendung eines 3D-Strömungssimulationsprogramms (Fluent UNS) untersucht. Die Studie beinhaltete die Berechnung von verschiedenen Eintrittskonzepten, so daß auf dieser Basis eine direkte Bewertung der einzelnen Gasleitringvarianten auch im Vergleich mit anderen Konzepten erfolgen kann. Die untersuchten Konfigurationen sind in Fig. 5(a)-(e) dargestellt. Dies sind eine
• Referenzanordnung ohne Leiteinrichtungen (Fig. 5(a))
• ein Gasleitring 25 mit geraden, radialen Streben 23 (Fig. 5(b),
• ein Gasleitring 25 mit geteilten und gegeneinander versetzten, geraden Streben 24 (Fig. 5(c),
• ein Gasleitring 25 mit rein radialer Beschaufelung 20 (Fig. 5(d); mit zwei verschiedenen Schaufelwinkeln), sowie
• ein Gasleitring 25 mit axialer und radialer Beschaufelung 22 bzw. 20 (Fig. 5(e); mit jeweils zwei verschiedenen Schaufelwinkeln).
Die Ergebnisse der Studie gelten für eine Drehzahl von 12000 U/min und einen Rotoraußendurchmesser von 460 mm und sind in Fig. 6 in einem Balkendiagramm zusammenfassend dargestellt. Die statische Druckdifferenz zwischen einem ringförmigen Eintrittsplenum und dem Austrittsquerschnitt am Ende der Rotorkühlkanäle (17, 18 in Fig. 1) ist für die untersuchten Konfigurationen für einen jeweils konstanten Kühlluftmassenstrom abgebildet. Die Balken (A) und (C) beziehen sich dabei auf eine Konfiguration gemäss Fig. 5(e) mit zwei unterschiedlichen Schaufelwinkeln, die Balken (B) und (D) beziehen sich auf eine Konfiguration gemäss Fig. 5(d) mit zwei unterschiedlichen Schaufelwinkeln, der Balken (E) bezieht sich auf die Konfiguration gemäss Fig. 5(a) ohne Leiteinrichtung, und die Balken (F) und (G) beziehen sich auf die Konfigurationen gemäss Fig. 5(c) bzw. 5(b) mit radialen geteilten oder ungeteilten Streben 24 bzw. 23.
Aus Fig. 6 ist erkennbar, dass für eine Anordnung ohne rotierende Leiteinrichtungen (Balken (E)) ein Vordruck von ca. 17000 Pascal benötigt wird, um den erforderlichen Massenstrom durch den Rotor 10 zu leiten. Zum Vergleich sei an dieser Stelle angefügt, daß die üblicherweise eingesetzten Fremdventilatoren eine Druckdifferenz von 3000 - 6000 Pascal erzeugen.
Bei allen übrigen Varianten ist der statische Druck im Austrittsquerschnitt geringfügig höher (Varianten mit geraden Streben; Balken (F) und (G)) bzw. signifikant höher (Balken (B) und (D) mit radialer Beschaufelung und Balken (A) und (C) mit radialer und axialer Beschaufelung) als im Eintrittsquerschnitt außerhalb des Rotors. Die beste beschaufelte Konfiguration (A) erzeugt beispielsweise einen sechsfachen Drucküberschuß im Vergleich zu dem Laufrad mit geraden und geteilten Streben (F). Dies bedeutet letztendlich, daß der Rotor 10 bei geeigneter Gestaltung des Gasleitrings 25 als sich selbst ventilierende Komponente ausgelegt werden kann und sogar in der Lage ist, einen Drucküberschuß zu erzeugen. Dies kann erhebliche Vorteile für das Gesamtsystem bewirken, da ein eventuell vorhandener Fremdventilator wesentlich kleiner dimensioniert werden kann oder mitunter auch entfallen kann wenn der Rotor 10 zum Druckaufbau beiträgt.
Zusammenfassend kann daher festgehalten werden, daß bei schnelllaufenden Rotoren 10 von elektrischen Maschinen ein beschaufeltes und in den Rotor 10 integriertes Laufrad sehr gut geeignet ist, um die bei der Zuführung von Kühlluft entstehenden Druckverluste durch eine weitgehend homogene Beschleunigung des Fluids auf die Rotorumfangsgeschwindigkeit zu minimieren. Darüber hinaus wird die Drehbewegung des Rotors 10 für einen Druckaufbau im Strömungsmedium genutzt, so daß sich hierdurch ein sehr effizientes Gesamtsystem ergibt. BEZUGSZEICHENLISTE
10 Rotor
11 Rotorwelle
12 Rotoraktivteil
13,14 Pressplatte
15,16 Kurzschlussscheibe
15' Kurzschlussring (aussenliegend)
17,18 axialer Kühlkanal
19 Deckscheibe
20 radiale Beschaufelung 1 Eintrittsöffnung (ringförmig)
22 axiale Beschaufelung 3 radiale Strebe 4 radiale Strebe (geteilt) 5 Gasleitring

Claims

PATENTANSPRÜCHE
1. Schnelllaufende elektrische Maschine, insbesondere in Form eines Asynchronmotors, welche Maschine einen mittels einer Rotorwelle (11 ) drehbar gelagerten Rotor (10) mit einem Rotoraktivteil (12) umfasst, der über zwischen Rotorwelle (11 ) und dem Aussenumfang des Rotoraktivteils (12) angeordnete, axiale Kühlkanäle (17, 18) gekühlt wird, denen von wenigstens einer Stirnseite des Rotors (10) ein gasförmiges Kühlmedium, insbesondere Kühlluft, zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die stirnseitige Zufuhr des Kühlmediums über wenigstens einen in den Rotor (10) integrierten Gasleitring (25) erfolgt, der in radialer Richtung wirkende Leit- und Beschleunigungsmittel (20, 23, 24) umfasst.
2. Maschine nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die in radialer Richtung wirkenden Leit- und Beschleunigungsmittel eine radiale Beschaufelung (20) umfassen.
3. Maschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass in Strömungsrichtung vor der radialen Beschaufelung (20) eine axiale Beschaufelung (22) angeordnet ist.
4. Maschine nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die in radialer Richtung wirkenden Leit- und Beschleunigungsmittel radiale Streben (23) umfassen.
5. Maschine nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die in radialer Richtung wirkenden Leit- und Beschleunigungsmittel geteilte radiale Streben (24) umfassen.
6. Maschine nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die in radialer Richtung wirkenden Leit- und Beschleunigungsmittel eine einzige diagonal aus- gebildete Beschaufelung umfasst, bei der eine axiale Zuströmung und eine radiale Abströmung verwirklicht ist.
7. Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die in radialer Richtung wirkenden Leit- und Beschleunigungsmittel (20, 23, 24) innerhalb des Gasleitringes (25) von einer Deckscheibe (19) umgeben sind.
8. Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotoraktivteil (12) stirnseitig durch Pressplatten (13, 14) zusammengehalten wird, sowie Kurzschlussscheiben (15, 16) aufweist, welche innerhalb der Pressplatten (13, 14) angeordnet sind, und dass der Gasleitring (25) ausserhalb einer der Pressplatten (13, 14) angeordnet ist.
9. Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotoraktivteil (12) stimseitig durch Pressplatten (13, 14) zusammengehalten wird, sowie Kurzschlussscheiben (15') aufweist, welche ausserhalb der Pressplatten (13, 14) angeordnet sind, und dass der Gasleitring (25) zwischen einer der Pressplatten (13, 14) und der entsprechenden Kurzschlussscheibe (15') angeordnet ist.
10. Maschine nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Gasleitring (25) eine axiale Beschaufelung (22) umfasst, und dass die axiale Beschaufelung (22) zwischen der entsprechenden Kurzschlussscheibe (15') und der Rotorwelle (11) angeordnet ist.
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