PL228943B1 - Układ chłodzenia uzwojenia stojana wewnętrznego maszyny elektrycznej - Google Patents

Abstract

Chłodzenie uzwojenie stojana wewnętrznego maszyny elektrycznej z uzwojeniem skupionym (2), umieszczonym w żłobkach polega na tym, że w żłobkach przestrzeń między cewkami uzwojenia (2) jest wypełniona żywicą termoprzewodzącą (1), w której są kanały bądź rurki (5) niemetalowe jedna lub kilka, przy czym kanały bądź rurki (5) mają przekrój okrągły lub owalny, korzystnie dostosowany do kształtu boków uzwojenia. Kanały bądź rurki (5) na czołach są połączone, szeregowo (5.1) lub równolegle w jeden obwód, na którego końcówkach są króćce (6).

Description

Urząd Patentowy Rzeczypospolitej Polskiej (12)OPIS PATENTOWY ₍i₉₎PL ₍n)228943 (13) B1 (51) Int.CI.

(21) Numer zgłoszenia: 416214 _{H02K 3/24 (200601)}

H02K 1/20 (2006.01) H02K 9/19 (2006.01) (22) Data zgłoszenia: 22.02.2016 (54) Układ chłodzenia uzwojenia stojana wewnętrznego maszyny elektrycznej

(43) Zgłoszenie ogłoszono:	(73) Uprawniony z patentu: INSTYTUT NAPĘDÓW I MASZYN ELEKTRYCZNYCH KOMEL, Katowice, PL
05.12.2016 BUP 25/16 (45) O udzieleniu patentu ogłoszono:	(72) Twórca(y) wynalazku: TADEUSZ GLINKA, Gliwice, PL
30.05.2018 WUP 05/18	PIOTR DUKALSKI, Katowice, PL
	BARTŁOMIEJ BĘDKOWSKI, Siemianowice Śląskie, PL

co 'St σ>

co

CM

CM

Ω.

PL 228 943 B1

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest rozwiązanie układu chłodzenia uzwojenia stojana wewnętrznego maszyny elektrycznej z uzwojeniem skupionym umieszczonym w żłobkach.

Maszyna elektryczna ze stojanem wewnętrznym ma budowę odwróconą, to znaczy stojan jest elementem wewnętrznym, a wirnik jest elementem zewnętrznym. Znane są różne warianty chłodzenia uzwojenia stojana wewnętrznego. Standardowym sposobem chłodzeniem jest wentylacja powietrzna. Wentylator jest zabudowany na wirniku i przedmuchuje strumień powietrza wewnątrz maszyny. W maszynach budowy zamkniętej są dwa wentylatory. Jeden wentylator wewnętrzny chłodzący bezpośrednio uzwojenie i oddający ciepło do kadłuba oraz drugi wentylator zewnętrzny przedmuchujący strumień powietrza po żebrach zewnętrznych kadłuba. W maszynach elektrycznych z zewnętrznym stojanem, budowy zamkniętej, o dużej gęstości mocy w jednostce objętości, przeznaczonych do napędów specjalnych np. maszyn górniczych, stosowane jest chłodzenie wodne. Płaszcz wodny, najczęściej w formie spirali, zabudowany jest w kadłubie bądź w pakiecie blach (w jarzmie) maszyny. Przykładem takiego rozwiązania jest znane rozwiązania z opisu zgłoszenia patentowego US 2010/0176669 A1.

Znane jest także z opisu zgłoszenia patentowego US 2013/0221889 A1 rozwiązanie chłodzenia uzwojenia silnika reluktancyjnego z twornikiem zewnętrznym. Pakiet jarzma stojana jest segmentowy. W segmentach pakietu jest umieszczone uzwojenie skupione (cewkowe). Pakiet i uzwojenie są wypełnione izolacją. Między segmentami pakietu, w bezpośrednim sąsiedztwie między bokami cewek uzwojenia, są umieszczone rurki przeznaczone do przepływu cieczy chłodzącej. Rurki chłodzące sąsiadują tylko z jednym bokiem cewek, zatem rurki chłodzą tylko te boki cewek uzwojenia. Podobnie jest rozwiązane chłodzenia przedstawione w opisie JP 2005-269730A. Jarzmo jest jawnobiegunowe. Uzwojenie jest umieszczone na biegunach. Między biegunami są kanały chłodzące. W rozwiązaniu tym nie przedstawiono połączenia kanałów między sobą, zabezpieczenia tego połączenia i doprowadzenia czynnika chłodzącego. Rozwiązań tych nie można zastosować do silnika z jarzmem stojana w kształcie jednolitego pierścienia z wyciętymi żłobkami, w których jest umieszczone uzwojenie.

Maszyny elektryczne ze stojanem wewnętrznym nie mają konstrukcji standardowej, są projektowane z przeznaczeniem do konkretnej maszyny roboczej np. znane są rozwiązania silników z wewnętrznym stojanem zabudowane wewnątrz rolek samotoków na taśmociągach. Silniki te są stosunkowo długie, mają mniejszą gęstość mocy, to znaczy mniejsze wykorzystanie materiałów czynnych i odbiór ciepła jest realizowany poprzez powietrze, rolki i taśmę. Problemem nierozwiązanym jest odbiór ciepła w uzwojeniu i jarzmie maszyny o krótkim wymiarze osiowym i dużej gęstości mocy np. w silnikach przeznaczonych do zabudowania w kołach pojazdu mechanicznego. W silnikach tych, ze względów mechanicznych, jarzmo stojana nie może być segmentowe. Dobre chłodzenie jest szczególnie istotne w silnikach wzbudzanych magnesami trwałymi, gdyż temperatura wewnątrz silnika nie może nigdy przekroczyć granicy, przy której magnesy trwałe rozmagnesowują się bezpowrotnie. W uzwojeniu stojana wydziela się najwięcej ciepła i to ciepło stwarza zagrożenie rozmagnesowania termicznego magnesów trwałych. Celem wynalazku jest bezpośrednie odbieranie ciepła z uzwojenia.

Według wynalazku układ chłodzenia uzwojenie stojana wewnętrznego maszyny elektrycznej z uzwojeniem skupionym umieszczonym w żłobkach, w których przestrzeń między cewkami uzwojenia jest wypełniona żywicą termoprzewodzącą, w której są kanały bądź rurki niemetalowe charakteryzuje się tym, że rurki lub kanały są dostosowane do kształtu boków uzwojenia, a na czołach są połączone w jeden obwód na którego końcówkach są umieszczone króćce. Połączenie na czołach rurek lub kanałów jest szeregowe lub równoległe i jest ograniczone w miejscach połączeń ścianką zamykającą.

Przedmiot wynalazku jest przedstawiony w przykładzie rozwiązania na rysunku, na których pokazano: fig. 1 - widok 3D fragmentu stojana, fig. 2 - dwa żłobki wypełnione uzwojeniem z jednym i dwoma kanałami bądź rurkami chłodzącymi w żywicy, fig. 3 - połączenie szeregowe kanałów bądź rurek chłodzących i fig. 4 - połączenie równoległe kanałów bądź rurek chłodzących. Rozwiązanie układu chłodzenia dotyczy uzwojenia stojana wewnętrznego maszyny elektrycznej zamontowanego na konstrukcji wsporczej 7, w którym cewki uzwojenia 2 są skupione i obejmują jeden ząb 3, jak to pokazano na rysunku fig. 1. Chłodzenie cewek uzwojenia 2 polega na tym, że w żłobkach 3.1 są umieszczone kanały bądź rurki 5 niemetalowe, jedna bądź kilka, a przestrzeń między bokami cewek uzwojenia 2 jest wypełniona żywicą termoprzewodzącą 1. Na rysunku fig. 2 pokazano dwa żłobki w których są umieszczone cewki uzwojenia 2 oraz w jednym żłobku jest jeden kanał bądź rurka 5, a w drugim żłobku są dwa kanały bądź rurki 5. Wolna przestrzeń w żłobkach jest wypełniona żywicą termoprzewodzącą 1. Kanały w żywicy są realizowane w czasie zalewnia. W żłobkach, przed zalewaniem, układa się odpowiednio

PL 228 943 B1 przygotowane pręty, które po zalaniu i utwardzeniu żywicy wyciąga się. Kanały bądź rurki 5 mogą mieć przekrój okrągły lub owalny bądź jeszcze inny. Korzystnie jest jeśli przekrój kanału bądź rurki dostosowany jest do wolnej przestrzeni między bokami cewek uzwojenia 2. Na czołach kanały bądź rurki 5 są połączone w jeden obwód: szeregowo 5.1, jak na rysunku fig. 3 lub równolegle 5.2, jak na rysunku fig. 4. Końcówki układu chłodzenia: „wejście” i „wyjście” stanowią króćce 6, jak na rysunkach fig. 3 i fig. 4. Kanały bądź rurki 5 na czołach, w miejscach połączeń, są ograniczone ścianką zamykającą 4.

Maszyna elektryczna z wewnętrznym stojanem, z tak rozwiązanym układem chłodzenia wewnątrz żłobków, na stanowisku pracy, jest połączona z zewnętrzną instalacją chłodzącą. Medium chłodzącym może być: woda, płyn na bazie glikolu lub oleju bądź gaz. Chłodzenie uzwojenia 2 zrealizowane przy pomocy kanałów bądź rurek 5 skutecznie odprowadza ciepło z uzwojenia 2.

Claims (1)

1. Zastrzeżenie patentowe

   1. Układ chłodzenia uzwojenia stojana wewnętrznego maszyny elektrycznej z uzwojeniem skupionym umieszczonym w żłobkach, a przestrzeń między bokami cewek uzwojenia jest wypełniona żywicą termoprzewodzącą, w której są kanały bądź rurki niemetalowe, znamienny tym, że rurki lub kanały (5) są dostosowane do kształtu boków uzwojenia (2) i są połączone na czołach w jeden obwód, na którego końcówkach są umieszczone króćce (6), przy czym połączenie na czołach rurek lub kanałów (5) jest szeregowe (5.1) lub równoległe (5.2) ograniczone w miejscach połączeń ścianką zamykającą (4).