PL245603B1 - Układ chłodzenia maszyny wirującej - Google Patents

Abstract

Układ chłodzenia stojana maszyny elektrycznej wirującej z wirnikiem zewnętrznym lub wewnętrznym, w którym przestrzeń pomiędzy czołami uzwojenia, rdzeniem magnetycznym i elementem nośnym rdzenia magnetycznego jest zalana żywicą ciepłoprzewodzącą, charakteryzuje się tym, że przestrzeń zalana żywicą ciepłoprzewodzącą (7) pomiędzy elementem nośnym (3) rdzenia magnetycznego, rdzeniem magnetycznym (2), czołami uzwojenia (1), od strony czół uzwojenia (1) jest dodatkowo ograniczona radiatorem kątowym (5), który stanowi część elementu wsporczego (4) oraz radiatorem kątowym (6), który stanowi część elementu nośnego (3). W elemencie wsporczym (4) znajdują się kanały przepływu cieczy układu chłodzenia (8). Element nośny (3) oraz element wsporczy (4) przylegają do siebie tak, aby element nośny (3) stanowił zamknięcie kanałów układu chłodzenia (7). Czoła uzwojenia (1) są styczne do tarczy radiatora kątowego (5) i radiatora kątowego poprzez żywicę (4) oraz są styczne do elementu nośnego (3) poprzez żywicę (4). W radiatorze kątowym znajdują się otwory (9), przez które są wyprowadzone przewody zasilające silnik (10). W radiatorze kątowym (5) znajdują się otwory, służące do wlewu żywicy (7).

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest układ chłodzenia stojana maszyny elektrycznej o dużej gęstości prądu w uzwojeniu stojana.

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.

Znane są rozwiązania układów chłodzenia czół uzwojenia stojana magnetycznego w tym rozwiązanie według patentu PL 233086, 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.

W takim rozwiązaniu efektywność odprowadzania ciepła z czół uzwojenia przez radiator boczny jest uzależniona od rezystancji styku pomiędzy radiatorem a konstrukcją wsporczą, która odbiera ciepło. Takie rozwiązanie stanowi problem gdy wraz ze wzrostem obciążenia rezystancja stykowa rośnie, zwłaszcza w konstrukcjach silnika z wirnikiem zewnętrznym i układem chłodzenia cieczą, zabudowanym w konstrukcji wsporczej, gdzie radiator jest osadzony na średnicy większej niż konstrukcja wsporcza, która jest chłodzona. Wraz ze wzrostem obciążenia silnika rozszerzalność cieplna radiatora powoduje, że rozszerza się on szybciej niż konstrukcja wsporcza, na której jest osadzony a to powoduje zwiększanie się rezystancji stykowej pomiędzy tymi elementami i w konsekwencji pogorszenie możliwości odbioru ciepła z uzwojenia i wzrost jego temperatury.

Według wynalazku, w układzie chłodzenia stojana maszyny elektrycznej wirującej z wirnikiem zewnętrznym lub wewnętrznym, przestrzeń pomiędzy czołami uzwojenia, rdzeniem magnetycznym i elementem nośnym rdzenia magnetycznego jest zalana żywicą ciepłoprzewodzącą. Przestrzeń zalana żywicą ciepłoprzewodzącą pomiędzy elementem nośnym rdzenia magnetycznego, rdzeniem magnetycznym, czołami uzwojenia, od strony czół uzwojenia jest ograniczona pierwszym radiatorem kątowym, który stanowi część elementu wsporczego oraz drugim radiatorem kątowym, który stanowi część elementu nośnego. W elemencie wsporczym znajdują się kanały przepływu cieczy układu chłodzenia. Element nośny oraz element wsporczy przylegają do siebie tak, aby element nośny stanowił zamknięcie kanałów układu chłodzenia. Czoła uzwojenia są styczne do tarczy pierwszego radiatora kątowego i są styczne do tarczy drugiego radiatora kątowego poprzez żywicę oraz są styczne do elementu nośnego poprzez żywicę. W drugim radiatorze kątowym znajdują się otwory, przez które są wyprowadzone przewody zasilające silnik. W pierwszym radiatorze kątowym znajdują się otwory, służące do wlewu żywicy.

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

fig. 1 Przekrój osiowy stojana maszyny wirującej przez otwór wyprowadzeniowy przewodów zasilających oraz przez radiator kątowy od strony przeciwnej do wyprowadzeń przewodów zasilających fig. 2 Przekrój osiowy stojana maszyny wirującej przez radiator kątowy od strony przeciwnej do wyprowadzenia przewodów zasilających oraz od strony wyprowadzenia przewodów zasilających fig. 3 Model 3D stojana maszyny wirującej z układem chłodzenia, widok od strony przeciwnej do wyprowadzeń przewodów.

Układ chłodzenia stojana maszyny elektrycznej wirującej, który jest przedstawiony na wymienionych rysunkach dotyczy maszyny z wirnikiem wewnętrznym lub zewnętrznym.

Przestrzeń zalana żywicą ciepłoprzewodzącą 7 pomiędzy elementem nośnym 3 rdzenia magnetycznego, rdzeniem magnetycznym 2, czołami uzwojenia 1, od strony czół uzwojenia 1 jest dodatkowo ograniczona radiatorem kątowym 5, który stanowi część elementu wsporczego 4 oraz radiatorem kątowym 6, który stanowi część elementu nośnego 3 jak zostało to przedstawione na rysunku fig. 1 i fig. 2. W elemencie wsporczym 4 znajdują się kanały przepływu cieczy układu chłodzenia 8 jak zostało to przedstawione na rysunku fig. 1 i fig. 2. Element nośny 3 oraz element wsporczy 4 przylegają do siebie tak, aby element nośny 3 stanowił zamknięcie kanałów układu chłodzenia 7 jak zostało to przedstawione na rysunku fig. 1 i fig. 2. Czoła uzwojenia 1 są styczne do tarczy radiatora kątowego 5 i radiatora kątowego 6 poprzez żywicę 4 oraz są styczne do elementu nośnego 3 poprzez żywicę 4 jak zostało to przedstawione na rysunku fig. 1 i fig. 2.

W radiatorze kątowym 6 znajdują się otwory 9, przez które są wyprowadzone przewody zasilające silnik 10 jak zostało to przedstawione na rysunku fig. 1 i fig. 2, natomiast w radiatorze kątowym 5 znajdują się otwory 11, służące do wlewu żywicy 7 jak zostało to przedstawione na rysunku fig. 3.

Claims (3)

1. Układ chłodzenia stojana maszyny elektrycznej wirującej z wirnikiem zewnętrznym lub wewnętrznym, w którym przestrzeń pomiędzy czołami uzwojenia, rdzeniem magnetycznym i elementem nośnym rdzenia magnetycznego jest zalana żywicą ciepłoprzewodzącą, znamienny tym, że przestrzeń zalana żywicą ciepłoprzewodzącą (7) pomiędzy elementem nośnym (3) rdzenia magnetycznego, rdzeniem magnetycznym (2), czołami uzwojenia (1), od strony czół uzwojenia (1) jest dodatkowo ograniczona pierwszym radiatorem kątowym (5), który stanowi część elementu wsporczego (4) oraz drugim radiatorem kątowym (6), który stanowi część, elementu nośnego (3), w elemencie wsporczym (4) znajdują się kanały przepływu cieczy układu chłodzenia (8), element nośny (3) oraz element wsporczy (4) przylegają do siebie tak, aby element nośny (3) stanowił zamknięcie kanałów układu chłodzenia (8), czoła uzwojenia (1) są styczne do tarczy pierwszego radiatora kątowego (5) i styczne do tarczy drugiego, radiatora kątowego (6) poprzez żywicę (7) oraz są styczne do elementu nośnego (3) poprzez żywicę (7).

2. Układ według zastrz. 1, znamienny tym, że w drugim radiatorze kątowym (6) znajdują się otwory (9), przez które są wyprowadzone przewody (10) zasilające silnik.

3. Układ według zastrz. 1, znamienny tym, że w pierwszym radiatorze kątowym (5) znajdują się otwory (11), służące do wlewu żywicy (7).