PL233086B1

PL233086B1 - Obudowa czół uzwojenia maszyny elektrycznej

Info

Publication number: PL233086B1
Application number: PL425436A
Authority: PL
Inventors: Piotr Dukalski; Bartłomiej Będkowski; Tomasz Jarek; Tomasz Wolnik; Tadeusz Glinka
Original assignee: Instytut Napedow I Masz Elektrycznych Komel
Priority date: 2018-04-30
Filing date: 2018-04-30
Publication date: 2019-08-30
Also published as: PL425436A1

Abstract

Obudowa czół uzwojenia maszyny elektrycznej z wirnikiem zewnętrznym lub wewnętrznym, w którym przestrzeń pomiędzy czołem uzwojenia, rdzeniem magnetycznym i elementem nośnym rdzenia magnetycznego jest zalana żywicą ciepłoprzewodzącą (4). Przestrzeń ta pomiędzy elementem nośnym (5) rdzenia magnetycznego, rdzeniem magnetycznym (2), czołami uzwojenia (1), od strony czół uzwojenia (1) jest dodatkowo ograniczona radiatorem bocznym. Czoła uzwojenia (1) mogą być bezpośrednio styczne do radiatora bocznego, styczne do niego pośrednio poprzez żywicę (4) lub styczne do niego pośrednio poprzez dodatkowy radiator ceramiczny, który może znajdować się pomiędzy radiatorem bocznym a czołami uzwojeń (1). Radiator boczny ma kształt kapy cylindryczno-tarczowej o przekroju osiowym w kształcie litery L" (3.1) lub w postaci pierścienia. Radiator boczny, od strony czołowej może posiadać symetryczne wycięcia, które mogą być ułożone względem środka radiatora promieniowo, prostopadle do promienia radiatora lub spiralnie. Radiator boczny jest wykonany z aluminium lub z materiału ceramicznego."

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest obudowa czół uzwojenia maszyny elektrycznej o dużej gęstości prądu w przewodach.

Znane są rozwiązania obudowy czół uzwojenia stojanów maszyn elektrycznych prowadzonych w różnych celach: w silnikach o budowie otwartej czoła uzwojenia chroni się przed narażeniami zewnętrznymi i uszkodzeniami, a w silnikach indukcyjnych klatkowych dużych mocy czoła zabezpiecza się przed działaniem dużych sił elektrodynamicznych działających w czasie rozruchu. Celem wynalazku jest aby obudowa czół uzwojenia silnikach dobrze odprowadzała ciepło. Znane są rozwiązania stojanów maszyn elektrycznych zewnętrznych i wewnętrznych, które w zależności od budowy, mają układ chłodzenia dostosowany do konstrukcji. Problem chłodzenia maszyn elektrycznych jest szczególnie istotny w maszynach wzbudzanych magnesami trwałymi, gdyż temperatura wewnątrz maszyny nie może przekroczyć granicy, przy której magnesy trwałe rozmagnesowują się. Standardowym chłodzeniem maszyn elektrycznych jest powietrzny układ wentylacyjny. Wentylator jest zabudowany na wirniku i przedmuchuje strumień powietrza wewnątrz maszyny, a w silnikach budowy zamkniętej jest zabudowany także drugi wentylator, który przedmuchuje drugi strumień powietrza po żebrach zewnętrznych kadłuba. W maszynach elektrycznych o dużej gęstości mocy w jednostce objętości, przeznaczonych m.in. do pojazdów elektrycznych stosowane jest chłodzenie wodne. Płaszcz wodny, najczęściej w formie spirali, zabudowany jest w kadłubie maszyny (US7009317 B2). Ciepło wydzielone na skutek strat energii w uzwojeniu i pakiecie stojana odprowadzane jest do chłodzonego cieczą kadłuba poprzez powierzchnię styku pakiet - kadłub. Taki mechanizm chłodzenia stojana powoduje, że czoła uzwojenia mają wyższą temperaturę niż część żłobkowa uzwojenia. Wartość dopuszczalnej temperatury podczas pracy maszyny determinuje temperatura najgorętszego miejsca, która nie powinna przekraczać temperatury dopuszczalnej dla klasy termicznej izolacji. W maszynach elektrycznych o dużej gęstości prądu najwyższą temperaturę mają połączenia czołowe.

Znane są rozwiązania zalewania czół uzwojenia stojana żywicą ciepłoprzewodzącą w celu poprawy skuteczności odprowadzania ciepła z połączeń czołowych bezpośrednio do chłodzonego kadłuba i/lub do pakietu (US 20090273254 A1, US7067944B2). Rozwiązania te cechują się skute-cznością jedynie w przypadku zalewania niewielkich przestrzeni (objętości) czół uzwojenia. W maszynach o większych średnicach i dłuższych czołach nie jest to skuteczne.

Znane są także z rozwiązań patentowych WO 2017/121520 A1 i WO 2014/056717 A2 układy chłodzenia czół uzwojenia z wykorzystaniem radiatorów. W rozwiązaniu WO 2017/121520 A1 czoła uzwojenia są zalane tworzywem, a na obwodzie wewnętrznym czół jest umieszczony pierścień z blach, bądź pierścień z blachy z żebrami, które pełnią funkcję radiatora. Także w patencie WO 2014/056717 A2 pod czołami uzwojenia jest umieszczone żebro prowadzące, które też spełnia funkcję radiatora. Obydwa te patenty proponują umieszczenie radiatorów pod czołami uzwojenia, to jest na obwodzie wewnętrznym czół patrząc od strony wału maszyny. W maszynach elektrycznych czoła uzwojenia są blisko szczeliny powietrznej między stojanem i wirnikiem, w tej strefie występuje stosunkowo duży strumień magnetyczny rozproszenia, który indukuje w blachach prądy wirowe generujące dodatkowe straty energii i nagrzewanie blach. Drugą trudnością jest mało miejsca na umieszczenie ekranu na obwodzie wewnętrznym czół. Średnica wewnętrzna ekranu musi być większa od średnicy wirnika aby możliwy był montaż i demontaż maszyny.

Według wynalazku obudowa czół uzwojenia maszyny elektrycznej z wirnikiem zewnętrznym lub wewnętrznym, w którym przestrzeń pomiędzy czołami uzwojenia, rdzeniem magnetycznym i elementem nośnym rdzenia magnetycznego jest zalana żywicą ciepłoprzewodzącą. Przestrzeń ta od strony czół uzwojenia jest dodatkowo ograniczona radiatorem kątowym bądź radiatorem tarczowym, przy czym czoła uzwojenia są styczne do tarczy radiatora kątowego bądź radiatora tarczowego, styczne poprzez żywicę lub styczne pośrednio poprzez dodatkowy radiator ceramiczny, który jest umieszczony pomiędzy radiatorem tarczowym a czołami uzwojeń bądź między tarczą radiatora kątowego i czołami uzwojenia. Radiator kątowy ma kształt kapy cylindryczno -tarczowej o przekroju osiowym w kształcie litery „L” i jest wykonany z aluminium. Radiator tarczowy jest pierścieniem wykonanym z aluminium. Radiator kątowy na części tarczowej ma symetrycznie rozłożone wycięcia. Korzystny kształt wycięć to wycięcia: promieniowe, promieniowo - obwodowe i spiralne. Radiatory tarczowy ma także symetrycznie rozłożone wycięcia. Korzystny kształt wycięć to wycięcia: promieniowe, promieniowo - obwodowe i spiralne.

PL 233 086 B1

Przedmiot wynalazku jest objaśniony w przykładzie rozwiązania na rysunkach, na których przedstawiono:

fig. 1 - obudowę czół uzwojenia maszyny elektrycznej z wirnikiem wewnętrznym z radiatorem w kształcie kapy cylindryczno-tarczowej o przekroju osiowym w kształcie litery L, fig. 2 - obudowę czół uzwojenia maszyny elektrycznej z wirnikiem wewnętrznym z radiatorem w postaci pierścienia, fig. 3 - obudowę czół uzwojenia maszyny elektrycznej z wirnikiem wewnętrznym z radiatorem w postaci pierścienia oraz z dodatkowym radiatorem ceramicznym, stycznym do czół uzwojenia stojana oraz do radiatora bocznego, fig. 4 - radiator boczny z symetrycznymi wcięciami ułożonymi promieniowo, fig. 5 - radiator boczny z symetrycznymi wcięciami ułożonymi promieniowo oraz z wcięciami ułożonymi prostopadle do promienia radiatora, fig. 6 - radiator boczny z symetrycznymi wcięciami ułożonymi spiralnie, fig. 7 - obudowę czół uzwojenia maszyny elektrycznej z wirnikiem zewnętrznym z radiatorem w kształcie kapy cylindryczno-tarczowej o przekroju osiowym w kształcie litery L.

fig. 8 - obudowę czół uzwojenia maszyny elektrycznej z wirnikiem zewnętrznym z radiatorem w postaci pierścienia.

Obudowa czół uzwojenia, która jest przedstawiona na wymienionych rysunkach, dotyczy maszyn elektrycznych z wirnikiem zewnętrznym lub wewnętrznym. Przestrzeń zalana żywicą ciepłoprzewodzącą 4 jest ograniczona elementem nośnym 5 rdzenia magnetycznego, rdzeniem magnetycznym 2 i czołami uzwojenia 1, a od strony bocznej czół uzwojenia jest dodatkowo ograniczona radiatorem kątowym 3.1 bądź radiatorem tarczowym 3.2, jak zostało to przedstawione na rysunkach fig. 1, fig. 2, fig. 7 oraz fig. 8. Czoła uzwojenia 1 są styczne do radiatora tarczowego 3.2 bądź do tarczy radiatora kątowego 3.1. Styczne poprzez żywicę 4, jak zostało to przedstawione na rysunkach fig. 1, fig. 2, fig. 7 i fig. 8 lub styczne pośrednio przez dodatkowy radiator ceramiczny 3.3, który jest pomiędzy radiatorem tarczowym 3.2 a czołami uzwojeń 1, jak na rysunku fig. 3, bądź między tarczą radiatora kątowego 3.1 i czołami uzwojenia 1. Radiator kątowy 3.1 ma kształt kapy cylindryczno-tarczowej o przekroju osiowym w kształcie litery L, jak na rysunkach fig. 1 i fig. 7 i jest wykonany z aluminium bądź z innego metalu lub też z materiału ceramicznego. Radiator tarczowy 3.2 ma kształt pierścienia, jak na rysunkach fig. 2, fig. 3 i fig. 8 i jest wykonany z aluminium bądź z innego metalu lub też z materiału ceramicznego. Radiator kątowy 3.1 na części czołowej ma symetrycznie rozłożone wycięcia. Korzystny kształt wycięć to wycięcia: promieniowe 6 jak na rysunku fig. 4 bądź wycięcia podwójne promieniowe 6.1 i obwodowe jak na rysunku fig. 5 lub wycięcia spiralne 6.3 jak na rysunku fig. 6. Radiator tarczowy 3.2 ma także symetrycznie rozłożone wycięcia. Korzystny kształt wycięć to wycięcia: promieniowe 6 jak na rysunku fig. 4 bądź wycięcia podwójne promieniowe 6.1 i obwodowe 6.2 jak na rysunku fig. 5 lub wycięcia spiralne 6.3 jak na rysunku fig. 6.

Zastosowanie, radiatora tarczowego 3.2 bądź kątowego 3.1 znacząco zwiększa intensywność odprowadzania ciepła z czół 1 uzwojenia. Korzystnie jest aby tarcza radiatora kątowego 3.1 bądź radiator tarczowy 3.2 były styczne do czół uzwojenia 1 bezpośrednio lub styczne przez radiator pośredniczący 3.3 ceramiczny, który osłania czoła przed przebiciem elektrycznym do tarczy metalowej radiatora kątowego 3.1 bądź radiatora tarczowego 3.2, Wycięcia: 6, 6.1,6.2 i 6.3, 3.1 w tarczy radiatora kątowego bądź w radiatorze tarczowym 3.2 ograniczają prądy wirowe indukowane w radiatorze metalowym.

Obudowa czół uzwojenia maszyny elektrycznej przedstawiona w wynalazku efektywnie odprowadza, poprzez radiator kątowy 3.1 bądź tarczowy 3.1, ciepło z czół uzwojenia 1.

Claims

Zastrzeżenia patentowe

1. Obudowa czół uzwojenia maszyny elektrycznej z wirnikiem zewnętrznym lub wewnętrznym, w którym przestrzeń pomiędzy czołami uzwojenia, rdzeniem magnetycznym i elementem nośnym rdzenia magnetycznego jest zalana żywicą ciepłoprzewodzącą, znamienna tym, że przestrzeń zalana żywicą ciepłoprzewodzącą (4) pomiędzy elementem nośnym (5) rdzenia magnetycznego, rdzeniem magnetycznym (2), czołami uzwojenia (1), od strony czół uzwojenia (1) jest dodatkowo ograniczona radiatorem kątowym (3.1) bądź radiatorem tarczowym (3.2), przy czym czoła uzwojenia (1) są styczne do tarczy radiatora kątowego (3.1) bądź ra

PL 233 086 B1 diatora tarczowego (3.2), styczne poprzez żywicę (4) lub styczne pośrednio poprzez dodatkowy radiator ceramiczny (3.3), który jest umieszczony pomiędzy radiatorem tarczowym (3.2) a czołami uzwojeń (1) bądź między tarczą radiatora kątowego (3.1) i czołami uzwojenia (1).
2. Obudowa według zastrz. 1, znamienna tym, że radiator kątowy (3.1) ma kształt kapy cylindryczno-tarczowej o przekroju osiowym w kształcie litery „L” (3.1) i jest wykonany z aluminium lub z materiału ceramicznego.
3. Obudowa według zastrz. 1, znamienna tym, że radiator tarczowy jest pierścieniem (3.2) i jest wykonany z aluminium lub z materiału ceramicznego.
4. Obudowa według zastrz. 1 i 2, znamienna tym, że na tarczy radiatora kątowego (3.1) wykonanego z alumninium są korzystne wycięcia promieniowe (6) rozłożone symetrycznie.
5. Obudowa według zastrz. 1 i 2, znamienna tym, że na tarczy radiatora kątowego (3.1) wykonanego z alumninium są korzystne wycięcia podwójne: promieniowe (6.1) i obwodowe (6.2) rozłożone symetrycznie.
6. Obudowa według zastrz. 1 i 2, znamienna tym, że na tarczy radiatora kątowego (3.1) wykonanego z aluminium są korzystne wycięcia spiralne (6.3) rozłożone symetrycznie.
7. Obudowa według zastrz. 1 i 3, znamienna tym, że na radiatorze tarczowym (3.2) wykonanym z aluminium są korzystne wycięcia (6) promieniowe rozłożone symetrycznie.
8. Obudowa według zastrz. 1 i 3, znamienna tym, że na radiatorze tarczowym (3.2) wykonanym z aluminium są korzystne wycięcia podwójne: promieniowe (6.1) i obwodowe (6.2) rozłożone symetrycznie.
9. Obudowa według zastrz. 1 i 3, znamienna tym, że na radiatorze tarczowym (3.2) wykonanym z aluminium są korzystne wycięcia spiralne (6.3) rozłożone symetrycznie.