CZ20021600A3

CZ20021600A3 - Elektrický stroj s vinutím

Info

Publication number: CZ20021600A3
Application number: CZ20021600A
Authority: CZ
Inventors: Thord Agne Gustaf Nilson
Original assignee: Atlas Copco Airpower, Naamloze Vennootschap
Priority date: 1999-11-09
Filing date: 2000-11-09
Publication date: 2002-10-16
Also published as: DE60027752T2; PL355497A1; CN1387693A; AU1260001A; DE60027752D1; CA2390335A1; CN1178363C; WO2001035514A9; EP1228559A1; ATE325457T1; DK1228559T3; KR20020063568A; CA2390335C; EP1228559B1; JP2003514494A; WO2001035514A1; EP1100179A1; US6798105B1

Description

01-1239-02-Če

Elektrický stroj s vinutím

Oblast vynálezu

Tento vynález se týká elektrického stroje, obzvláště motoru nebo generátoru, s vinutím, které je tvořeno drátem vyrobeným z množství izolovaných vodičů, tyto vodiče jsou dráty nebo splétané prameny drátů. Tento typ drátu se běžně nazývá drátem Litzovým.

Dosavadní stav techniky

Uvedená vinutí jsou například umístěna okolo zubů statoru nebo do drážek statoru, tyto zuby nebo drážky jsou protaženy paralelně, vzhledem k ose otáčení rotoru.

U známých konstrukčních provedení generátorů nebo motorů jsou vodiče drátů vinutí protaženy rovnoběžně navzájem mezi sebou nebo jsou zkrouceny do malých svazků, které jsou. protaženy paralelně navzájem k sobě. Tyto malé svazky se mohou například skládat z Litzových drátů, majících kroucené nebo pletené žíly, přičemž dráty vinutí se skládají z několika takových Litzových drátů, které jsou protaženy paralelně navzájem k sobě.

Vedení tepla vinutím směrem kolmým ke směru vinutí je velmi nízké, ve srovnání s vedením tepla v měděném materiálu. Proto je vinutí často impregnováno speciálními materiály, aby se zvýšila míra vedení tepla, ale i poté je tepelná vodivost v příčném směru vinutí relativně nízká a

9« *99* · ·· • · · * • 9 9 9 • 9 999 ♦ • 9 9

9 9 ·9 « 9 9*9

9· *

9 9 · ·

9 9 9 • 9**999 možné chlazení vinutí je omezené.

Patentová přihláška EP-A-0.519.679 popisuje trubkovitou armaturu třífázového vinutí, přičemž drát použitý pro vinutí se skládá z rovnoběžných plochých vodičů. Dráty vinutí jsou protaženy klikatě mezi oběma konci motoru, ale v příčné části drátu vinutí přiléhají vodiče navzájem k sobě v příčném směru a tyto vodiče jsou protaženy rovnoběžně navzájem k sobě v podélném směru drátů vinutí. Tento dokument definuje takové uspořádání vinutí, které je prostorově velice efektivní, ale nepopisuje jakýkoliv vliv na chlazení a vinutí má stejnou omezenou možnost vinutí, jako výše uvedená známá konstrukční provedení motorů a generátorů.

Nedostatek vhodného způsobu chlazení vinutí může vést k vytvoření meze otáček motorů nebo generátorů.

Podstata vynálezu

Tento vynález má za úkol poskytnout elektrický stroj s vinutím majícím vylepšené chlazení.

V souladu s výše uvedeným vynálezem je tohoto úkolu dosaženo elektrickým strojem s vinutím, které se skládá z drátů, tvořených samostatně izolovanými vodiči, tyto vodiče jsou dráty nebo prameny, a jehož podstatou je to, že vodiče drátu vinutí jsou protaženy uvnitř drátu klikatým způsobem, pod úhlem vzhledem k střednímu podélnému směru drát vinutí, mezi hranami drátu vinutí, a uvedené hrany jsou v tepelně vodivém styku s chladícím médiem.

V řezu kolmém k vinutí a v příčném směru se vyskytuje pouze jediný drát s izolovanými vodiči vedenými klikatým způsobem.

Klikaté protažení vodiče má za následek to, že teplo ·· ·· • 44* · · ···· ·4 • * * • · 444 4 · 4 4 • 9 4 · · 4 • 4 ♦· 44 « · 4

4 4

444 · může být přeneseno podél celé délky drátu na hranu vinutí a tak i na chladící médium, namísto aby muselo přecházet izolací z jednoho vodiče na druhý a teplo může být dále disipováno v bočním směru v mnohem větší míře, než pokud by vodiče byly rovnoběžné.

Patentová přihláška DE-C-496.884 popisuje způsob výroby drátu vinutí, kde jsou vodiče protaženy od jedné hrany vodiče k druhé. Nicméně tento dokument nepopisuje způsob, jakým je tento drát použit ve vinutí. Nic není naznačeno o tom, že hrany drátu jsou zároveň hranami vinutí a že jsou v tepelně vodivém styku s chladícím médiem. Na druhou stranu kvůli chlazení může být drát vinutí vyroben dutý a tak může obsahovat například kanálek pro prostup chladícího vzduchu.

Podle tohoto vynálezu může být klikatý způsob protažení vinutí pod úhlem 5° až 45° a přednostně pak mezi 10° a 30° vzhledem ke střednímu podélnému směru vedení vinutí.

Specificky se mohou dráty vinutí skládat z drátů vyrobených z plochého a širokého svazku izolovaných vodičů, přičemž každý vodič je protažený klikatým způsobem od jedné strany svazku ke straně druhé.

Vinutí může být v tepelně vodivém spojení s plným materiálem schopným vysoké tepelné vodivosti. Například se může jednat o železo statoru, v takovém případě je chladící médium založeno na tomto plném materiálu s vysokou tepelnou vodivostí.

Vinutí může být umístěno v kanálku statoru, čímž je u jednoho z provedení vynálezu ponechán otevřený prostor v kanálku, a tento prostor je vyplněn kapalným nebo plynným chladícím médiem, například transformátorovým olejem.

Drát vinutí může být impregnován vhodným lakem tak, že vinutí získá samonosnou konstrukci. V takovém případě může být vinutí použito u vinutých motorů se vzduchovou mezerou a «4

4444

4*4 4 ·

4444 chladící médium může být plynné.

Seznam obrázků na výkresech

Tento vynález bude nyní popsán pomocí příkladů a s odkazem na připojené obrázky na výkresech, kde:

Obr.l ukazuje pohled v řezu na část elektrického motoru s vinutím v provedení podle předchozí konstrukce, s Litzovými vodiči,

Obr.2 ukazuje pohled v řezu na část elektrického motoru s vinutím podobnou té z obr.l, nicméně zde je vinutí v provedení podle tohoto vynálezu,

Obr. 3 znázorňuje řez vedený podél linie III-III z obr.2,

Obr. 4 znázorňuje řez podobný tomu z obr.3, přičemž zde je řez vedený jiným provedením drátu vinutí,

Obr.5 ukazuje pohled v řezu na část elektrického motoru s vinutím podobnou té z obr.2, nicméně zde se jedná o jiné provedení vinutí dle tohoto vynálezu.

Příklady provedení vynálezu

Obr.l ukazuje část motoru dle předchozích konstrukčních provedení, která se skládá ze statoru 1. , obklopujícího rotor 2.

Vnitřní strana statoru 1 je opatřena zuby 3, mezi kterými jsou vytvořeny kanálky £. Cívka nebo vinutí _5 s Litzovým drátem 6 je umístěna do těchto kanálů 4.

Litzův drát 6 se skládá z několika samostatně izolovaných vodičů 2 r obklopených izolační vrstvou 7A.

U jiného provedení vynálezu se může Litzův drát 6 skládat z několika svazků magnetického drátu obklopeného

99

9 9 · · · • 9 9 9 · 9 • 9 999 · ♦ 9

9 9 9 9

99 9«

9999 • 9 9«

9 9 9 9

9 9 9

O 9 9 9 9 · 9 9

99 9·9· izolační vrstvou.

U obou konstrukčních provedení není izolační vrstva nezbytně nutná.

U obou konstrukčních provedení je drát 6 navinutý několikrát okolo statoru 1 tak, že několik částí uvedeného drátu leží shodně vedle sebe, tak i nad sebou navzájem. V příčném směru vinutí několik Částí drátu přiléhá k sobě a žádná z částí drátu není protažena současně na obě boční strany vinutí.

To znamená, že teplo může být z vodičů 7, umístěných uvnitř Litzova drátu 6, disipováno pouze velmi obtížně. Teplo díky tomu musí přecházet bočním (příčným) směrem z jednoho vodiče na druhý a dále z jednoho Litzova drátu 6 na jiný, až nakonec dosáhne vnějšího povrchu nebo hrany vinutí 5 a tak i kanálku £.

Motor zobrazený na obr.2 se liší od motoru znázorněného na obr.l pouze v tom, že jeho konstrukce vinutí 5 je odlišná, nicméně i ta je ve shodě s tímto vynálezem.

Vinutí 5 se skládá rovněž z drátu tvořeného množstvím samostatně izolovaných vodičů 9. 9 Nicméně tyto vodiče 2 jsou protaženy klikatým způsobem v příslušném kanálu £ tak, že každý vodič 9 pravidelně dosahuje k vnějšímu povrchu nebo hraně vinutí 5. Vodiče 9 mohou být samostatné dráty, jak je zobrazeno na obr.2 a na obr.3, nebo se může jednat o splétané svazky.

Klikatý způsob protažení vodičů je charakterizován úhlem α mezi 5° až 45°, přednostně pak mezi 10° a 30° vzhledem ke střednímu podélnému směru vinutí 5 a drátu

Vodiče 9 mohou být zahrnuty do plochého a širokého svazku s téměř obdélníkovým průřezem, jak je znázorněno na obr.2 a na obr.3, každý z vodičů 9 dosahuje od jedné strany svazku ke straně druhé, tj. jedná se jistou formu pletence.

·· • · 9 · 9 · • 9 9 · 9 9

9 999 99 9 • 9 9 9 9

99 99 ·· 99*9 ·♦ ·9 • 9 9 9 9

9 9 9

9 9 *9

9 9 » ·* 9999

Svazek tvořící drát je velký jako kanálek £ a boční hrany svazku se dotýkají stěny kanálku 4, který je tvořený železným materiálem statoru L·

Mezi stěnami kanálku 4 a vinutím 5 může být vložena tenká elektrická izolace, která je tak tenká, aby nebylo zabráněno vedení tepla od vodičů _9 směrem ke stěnám kanálku 4, které jsou vytvořeny v tepelně vodivém materiálu statoru 1^ většinou v železe.

Svazek izolovaných vodičů 2 může být například obklopen izolační vrstvou 8A z elektricky izolující materiálu, jak je zobrazeno na obr.2 a na obr.3.

Ve skutečnosti může být drát 8. považován za plochý Litzův drát.

Testy prokázaly, že tepelná vodivost vinutí 5 s drátem vinutí 8. podle tohoto vynálezu s vodiči 9 protaženými klikatým způsobem od jedné hrany vinutí k hraně druhé, je více než desetkrát vyšší, než u vinutí 5 v provedení podle obr.l, s paralelně vedenými standardními Litzovými dráty.

K vylepšení chlazení vinutí 5. vzhledem k železnému materiálu statoru 1 nebo jiné studené stěně může být použita také tepelná pasta.

U jiného provedení nejsou vodiče ý spojeny dohromady vrstvou 9A, ale mohou být spojeny dohromady do svazku díky vytvoření pletence. V takovém případě může být izolační vrstva vynechána. I tato konstrukce může vést k vylepšení disipace tepla. Obr.4 ukazuje takové provedení.

Další konstrukční provedení motoru podle tohoto vynálezu je znázorněno na obr.5. V tomto případě se již hrany vinutí 5 nedotýkají stěn kanálku a železného materiálu statoru 1. Prostor 10 je ponechán v kanálku 4 na obou stranách vinutí 5. Tento prostor 10 je vyplněn kapalným chladícím médiem, například transformátorovým olejem.

• · «· ve ··»· «· ·4 ·»·· · * * ·· · *···*· · · · 4 4 44« 4444 444 4

4 444 4 · 4

4» 44 · 4 44 4444

Distančhí vložky 11 jsou umístěny do kanálku 4 proto, aby zadržovaly vinutí 5^ ve správné poloze.

Toho je možné rovněž dosáhnout impregnováním drátu vinutí 8. vhodným lakem, čímž vinutí 5 získává samonosnou konstrukci a je tak i vhodné pro vinuté motory se vzduchovou mezerou.

V tomto případě může být chladící médiem plynné, například se může jednat o vzduch vháněný mezi vinutí 5.

provedení podle obr.5 je tepelná vodivost ještě vyšší, než u provedení na obr.2 a na obr.3.

Klikatý způsob protažení vodičů j) u provedení vynálezu na obr.2 a na obr.3 povoluje přenos tepla podél měděných vodičů směrem ke hraně vinutí 5 a odtud k tuhém, kapalnému nebo plynnému chladícímu médiu.

Elektrický stroj nemusí být nezbytně motorem. Může se například jednat i o generátor.

· 44·4 · ·4 • »4 4 • »0 9 • · 4·9 • · 4

9 9 9

·· ··

4 4 4 9

4 4 4

9 9 *4

9*4

Claims

• 94 4444

PATENTOVÉ NÁROKY

1. Elektrický stroj s vinutím (5), který se skládá z drátů (8), tvořených samostatně izolovanými vodiči (9), tyto vodiče jsou dráty nebo prameny, vyznačuj ící se tím, že izolované vodiče (9) jsou protaženy uvnitř drátu vinutí klikatým způsobem pod úhlem, vzhledem ke střednímu podélnému směru drátu vinutí, mezi hranami drátu

vinutí (8), a uvedené hrany jsou v tepelně vodivém styku s chladícím médiem. 2. Elektrický stroj podle nároku 1., vyznačující s e t í m , ž e klikatý způsob protažení vodičů je pod úhlem (a) mezi 5° až 45°, vzhledem

ke střednímu podélnému směru vinutí (5).

3, Elektrický stroj podle nároku 1., vyznačuj ící se tím , ž e klikatý způsob protažení vodičů je pod úhlem (a) mezi 10° až 30°, vzhledem ke střednímu podélnému směru vinutí (5). 4. Elektrický stroj podle nároku 3., vyznačuj ící se tím, ž e drát (8) je Litzův drát. 5. Elektrický stroj podle jakéhokoliv z předchozích nároků, v y z n a č u jící se tím, ž e vinutí (5) je tvořeno drátem (8) vyrobeným z plochého a širokého svazku izolovaných vodičů (9), každý tento vodič (9) je protažen

klikatým způsobem z jedné strany svazku na stranu druhou.

6. Elektrický stroj podle jakéhokoliv z předchozích nároků, vyznačující se tím, že vinutí (5) je tvořeno drátem (8) ve formě svazku izolovaných vodičů (9) , protažených klikatým způsobem ve formě pletence nebo svazku.

»· ·» • · · 9 • · ♦ • · ··· · • · · ·· 99 «« ·*»· * » · • · · • 9 9

9 9 9 ·· · *· ·* • · · · • · *

9 · · 4 • · « ·· ····
7. Elektrický stroj podle jakéhokoliv z předchozích nároků, vyznačující se tím, že vinutí (5) je umístěno do kanálku (4).
8. Elektrický stroj podle jakéhokoliv z předchozích nároků, vyznačující se tím, že vinutí (5) je v tepelně vodivém styku s tuhým okolním materiálem vedoucím teplo, například železem statorové konstrukce, v takovém případě je chladící médium tvořeno tímto tepelně vodivým materiálem.
9. Elektrický stroj podle jakéhokoliv z předchozích nároků 1. až 6., vyznačující se tím, že vinutí (5) je umístěno do kanálku (4), v tomto kanálku (4) zbývá otevřený prostor (10), který je vyplněný plynným nebo kapalným chladícím médiem, jako například transformátorovým olejem.
10. Elektrický stroj podle jakéhokoliv z předchozích nároků, vyznačující se tím, že vinutí je impregnováno vhodným lakem tak, že jeho konstrukce se stává samonosnou.
11. Elektrický stroj podle jakéhokoliv z předchozích nároků, vyznačující se tím, že vinutí je použito v motor s vinutím se vzduchovou mezerou a chladící médium je plynné nebo kapalné.