CZ2018657A3 - Chladicí systém magnetického obvodu elektrického stroje - Google Patents

Chladicí systém magnetického obvodu elektrického stroje Download PDF

Info

Publication number
CZ2018657A3
CZ2018657A3 CZ2018-657A CZ2018657A CZ2018657A3 CZ 2018657 A3 CZ2018657 A3 CZ 2018657A3 CZ 2018657 A CZ2018657 A CZ 2018657A CZ 2018657 A3 CZ2018657 A3 CZ 2018657A3
Authority
CZ
Czechia
Prior art keywords
stator
rotor
sheets
magnetic circuit
block
Prior art date
Application number
CZ2018-657A
Other languages
English (en)
Other versions
CZ308049B6 (cs
Inventor
Radek Vlach
Original Assignee
Vysoké Učení Technické V Brně
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Vysoké Učení Technické V Brně filed Critical Vysoké Učení Technické V Brně
Priority to CZ2018-657A priority Critical patent/CZ2018657A3/cs
Publication of CZ308049B6 publication Critical patent/CZ308049B6/cs
Publication of CZ2018657A3 publication Critical patent/CZ2018657A3/cs

Links

Classifications

    • 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
    • H02K1/12—Stationary parts of the magnetic circuit
    • H02K1/20—Stationary 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
    • H02K3/00—Details of windings
    • H02K3/04—Windings characterised by the conductor shape, form or construction, e.g. with bar conductors
    • H02K3/24—Windings characterised by the conductor shape, form or construction, e.g. with bar conductors with channels or ducts for cooling medium between the conductors
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K3/00—Details of windings
    • H02K3/32—Windings characterised by the shape, form or construction of the insulation
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K3/00—Details of windings
    • H02K3/46—Fastening of windings on the stator or rotor structure
    • H02K3/50—Fastening of winding heads, equalising connectors, or connections thereto
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K5/00—Casings; Enclosures; Supports
    • H02K5/04—Casings or enclosures characterised by the shape, form or construction thereof
    • H02K5/20—Casings or enclosures characterised by the shape, form or construction thereof with channels or ducts for flow of cooling medium

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Iron Core Of Rotating Electric Machines (AREA)
  • Motor Or Generator Cooling System (AREA)

Abstract

Chladící systém magnetického obvodu elektrického stroje obsahujícího stator (1) a rotor (2), kde magnetický obvod statoru (1) je tvořen statorovým blokem (11) sestaveným z příčně uspořádaných statorových plechů (111) a magnetický obvod rotoru (2) je tvořen rotorovým blokem (21) sestaveným z příčně uspořádaných rotorových plechů (211). Plochy statorových plechů (111) i rotorových plechů (211) jsou opatřeny otvory vytvářejícími po sestavení statorových plechů do statorového bloku (11) statorový chladící kanál (12) a po sestavení rotorových plechů do rotorového bloku (21) rotorový chladící kanál (22). Ve statorovém bloku (11) a/nebo v rotorovém bloku (12), vytvářejících statorový chladící kanál (12) nebo rotorový chladící kanál (22) o průměru (D), jsou v délkových intervalech o velikosti (p) mezi standardními statorovými plechy (111) vloženy zdrsňující statorové plechy (111‘) a/nebo mezi standardní rotorové plechy (211) vloženy zdrsňující rotorové plechy (211‘), mezi jejichž zdrsňujícími okraji (4) jsou otvory o průměru (d), přičemž poměr hodnot d/D se pohybuje v rozmezí hodnot 0,90 až 0,95.

Description

Chladicí systém magnetického obvodu elektrického stroje
Oblast techniky
Předkládaný vynález spadá do oblasti dynamoelektrických strojů a týká se chladicího systému magnetického obvodu elektrického stroje.
Dosavadní stav techniky
Elektrické stroje pracující v motorickém režimu přeměňují elektrickou energii na mechanickou, zatímco pracují-li v generátorickém režimu, přeměňují mechanickou energii na elektrickou. V obou případech v závislosti na účinnosti této přeměny dochází ke ztrátám energie, která se uvnitř stroje přeměňuje na teplo, což má zásadní vliv na životnost, provozuschopnost a také účinnost elektrického stroje jako celku. Proto je třeba toto ztrátové teplo efektivně odvést z elektrického stroje do okolního prostředí účinným chlazením. Největší množství tepla se generuje v magnetickém obvodu elektrického stroje, který je tvořen svazkem plechů tvořícím nosný prvek elektrického vinutí, a to v obou základních částech, statoru i rotoru. Běžně používaný způsob chlazení využívá proudění chladicího média v kanálech vytvořených ve zmíněném magnetickém obvodu elektrického stroje, přičemž je důležité, aby byly kanály situovány přímo v místě vzniku tepla nebo tomuto místu co nejblíže. Vytvořením kanálů ve svazku plechů však dochází k ovlivnění magnetického obvodu, a tím i funkce elektrického stroje jako celku. Z hlediska chlazení by kanály měly být co největší, zatímco z hlediska elektromagnetického by naopak měly být co nejmenší, aby magnetický obvod ovlivňovaly co nejméně. Z toho plyne požadavek minimálního rozměru kanálů při zachování co nejvyššího chladicího účinku. Účinnost chladicích kanálů závisí jednak na rychlosti proudění chladivá, ale také na velikosti a tvaru chladicí plochy, která ovlivňuje velikost součinitele přestupu tepla, přičemž právě velikost této plochy je limitující s ohledem na účinnost eklektického stroje jako celku. Metoda zvětšování teplosměnné plochy ke zvýšení množství odvedeného tepla je popsána například ve spisech CN 204243928 U a CN 204145253 U. Nevýhodou je zde právě zmíněné negativní ovlivnění magnetických vlastností magnetického obvodu. Další možností je pak speciální konstrukce jádra magnetického obvodu, jak je uvedeno kupříkladu ve spise JP 2018026978, což má však za následek velkou konstrukční složitost a s ní spojené zvýšení výrobních nákladů. Vzhledem k protichůdným požadavkům na velikost kanálů je jedinou možností zvýšení součinitele přestupu tepla změnou tvaru teplosměnné plochy s cílem ovlivnit charakter turbulence proudění, a to tak, aby došlo k nárůstu zmíněného součinitele přestupu tepla. Jedním z faktorů ovlivňujících proudění chladivá v chladicím kanálu, a tím i součinitele přestupu tepla, je takzvaná ekvivalentní drsnost povrchu, která je však paradoxně snižována s rostoucí přesností výroby dílčích plechů, ze kterých je skládán magnetický obvod. Ekvivalentní drsnost však nesmí překročit určitou mez, při níž již nedochází k nárůstu součinitele přestupu tepla z důvodu nepřiměřeného nárůstu tlakové ztráty v kanálu, což má za následek pokles rychlosti proudění chiadiva, a tím i snížení velikosti součinitele přestupu tepla. Zvyšování zmíněné drsnosti vnitřního povrchu chladicích kanálů je popsáno kupříkladu v dokumentu US 2018205272, kde je zvýšení drsnosti dosahováno změnou tvaru všech plechů, kdy je každý jiný a hodnota ekvivalentní drsnosti zde není nijak korigována či kvantifikována. Součinitel přestupu tepla h je dán obecně známým vztahem:
h=Nu]-^-\
I D. I \ , kde £ je měrná tepelná vodivost chladicího média, Dh je hydraulický průměr kanálu a Nu je Nusseltovo číslo dané funkční závislostí Nu = f (f, Re,Pr), kde Re je Reynholdovo číslo a Pr je Prandtlovo číslo, která jsou závislá na rychlosti proudění a na fyzikálních vlastnostech proudícího média, a/je součinitel tření proudícího média o stěnu kanálu. Hodnota tohoto součinitele tření / je závislá na několika parametrech z části stejných jako součinitel přestupu tepla: f = f (Re, e, Dh), kde e je parametr charakterizující takzvanou ekvivalentní
- 1 CZ 2018 - 657 A3 drsnost kanálu. Právě touto ekvivalentní drsností e je možné podstatně ovlivňovat součinitel přestupu tepla, pokud ostatní parametry, jako je zejména hydraulický průměr kanálu Dh, není možné zvyšovat z důvodu negativního ovlivnění magnetického obvodu elektrického stroje.
Součinitel přestupu tepla v závislosti na ekvivalentní drsnosti e, respektive součiniteli tření/, je dán podle nejpoužívanější teorie takzvanou Petukhovovou rovnicí:
í f “ 1,07+12.7 . pr’-1 nebo modifikovaným vztahem Gnielinského pro nižší Reynoldsova čísla:
~Έ^-1000 δ k
přičemž pro součinitel tření platí Colebrookův vztah:
ze kterého je možné stanovit vliv ekvivalentní drsnosti e na součinitel tření/respektive součinitel přestupu tepla h.
Cílem předkládaného vynálezu je představit systém chlazení magnetického obvodu elektrického stroje zvýšením ekvivalentní drsnosti vnitřního povrchu chladicích kanálů.
Podstata vynálezu
Stanoveného cíle je dosaženo vynálezem, kterým je chladicí systém magnetického obvodu elektrického stroje obsahujícího stator a rotor, kde magnetický obvod statoru je tvořen statorovým blokem sestaveným z příčně uspořádaných statorových plechů a magnetický obvod rotoru je tvořen rotorovým blokem sestaveným z příčně uspořádaných rotorových plechů, přičemž plochy statorových plechů i rotorových plechů jsou opatřeny otvory vytvářejícími po sestavení statorových plechů do statorového bloku statorový chladicí kanál a po sestavení rotorových plechů do rotorového bloku rotorový chladicí kanál. Podstatou vynálezu je, že ve statorovém bloku a/nebo v rotorovém bloku, vytvářejících statorový chladicí kanál nebo rotorový chladicí kanál o průměru D, jsou v délkových intervalech o velikosti p mezi standardními statorovými plechy vloženy zdrsňující statorové plechy a/nebo mezi standardní rotorové plechy vloženy zdrsňující rotorové plechy, mezi jejichž zdrsňujícími okraji jsou otvory o průměru d, přičemž poměr hodnot d/D se pohybuje v rozmezí hodnot 0,90 až 0,95.
Ve výhodném provedení pro hodnotu délkového intervalu o velikosti p platí vztah { d \b
Ρ=α· „ l , kde proměnné a a b jsou závislé na tloušťce t standardních statorových plechů, standardních rotorových plechů, zdrsňujících statorových plechů a zdrsňujících rotorových
-2CZ 2018 - 657 A3 plechů a nabývají hodnot v rozmezích intervalů vymezených vztahy u=0,406+0,81t+l,981pr a b= -8,787-4,704-t-0,912-pr + l,85-t-pr , kde pr je parametr variability nabývající hodnot od 0,64 do 1,92.
Předkládaným vynálezem se dosahuje nového a vyššího účinku v tom, že zvýšením ekvivalentní drsnosti vnitřního povrchu chladicích kanálů v nich dochází ke zvýšení součinitele přestup tepla a tím i zlepšení chladicího účinku.
Objasnění výkresů
Konkrétní příklad provedení vynálezu je schematicky znázorněn na přiložených výkresech kde:
Obr. 1 je podélný řez polovinou elektrického stroje s naznačeným příčným řezem rovinou A-A, Obr. 2 je schematický nákres podélného řezu statorovým nebo rotorovým chladicím kanálem.
Příklady uskutečnění vynálezu
Elektrický stroj podle vyobrazení na obr. 1 obsahuje stator 1 a rotor 2. Magnetický obvod statoru 1 je tvořen statorovým blokem 11 sestaveným z příčně uspořádaných statorových plechů 111 a magnetický obvod rotoru 2 je tvořen rotorovým blokem 21 sestaveným z příčně uspořádaných rotorových plechů 211. V plochách statorových plechů 111 i rotorových plechů 211 jsou vytvořeny neoznačené otvory, které po sestavení plechů vytvářejí ve statorovém bloku 11 statorový chladicí kanál 12 a v rotorovém bloku 21 rotorový chladicí kanál 22. Statorový blok 11 je nosnou částí pro statorové vinutí 13, které je součástí neoznačeného elektrického obvodu elektrického stroje. Podle vyobrazení na obr. 2 jsou statorový blok 11 i rotorový blok 21 sestaveny jednak ze standardních statorových plechů 111 a standardních rotorových plechů 211 a jednak ze zdrsňujících statorových plechů 111' a zdrsňujících rotorových plechů 21Γ. přičemž standardní statorové plechy 111 a standardní rotorové plechy 211 mají stejnou tloušťku jako zdrsňující statorové plechy 111' a zdrsňující rotorové plechy 21Γ. Standardní vnitřní povrch 3 chladicích kanálů 12 a 22 je tvořen neoznačenými vnitřními okraji otvorů standardních statorových a rotorových plechů 111 a 211. přičemž otvory vytvořené ve standardních statorových a rotorových a pleších 111 a 211 v radiálním směru mají průměr D. Ze standardního vnitřního povrchu 3 vystupují zdrsňující okraje 4 zdrsňujících statorových plechů 111' a zdrsňujících rotorových plechů 21Γ, kde otvory v nich vytvořené mají v radiálním směru průměr d. Vzájemná vzdálenost zdrsňujících plechů 111' a 211' v axiálním směru je dána hodnotou p, /d]b P=0' š kde
Poměr d/D nabývá hodnot od 0.9 do 0.95. a a b jsou proměnné závisející na tloušťce standardních a zdrsňujících plechů 111. 211. 11Γ. 21Γ. přičemž pro jejich hodnoty platí vztahy:
a=0,406+0,81-t+l,98 l-pr a b=-8,787 -4,704-t-0,912-pr+l,85-t-pr kde pr je parametr variability nabývající hodnot od 0,64 do 1,92 a t je tloušťka plechů 111, 211, 111' a 211'.
-3CZ 2018 - 657 A3
Průmyslová využitelnost
Vynález je využitelný při konstrukcích točivých elektrických strojů ke zvýšení účinnosti jejich chlazení.

Claims (2)

1. Chladicí systém magnetického obvodu elektrického stroje obsahujícího stator (1) a rotor (2), kde magnetický obvod statoru (1) je tvořen statorovým blokem (11) sestaveným z příčně uspořádaných statorových plechů (111) a magnetický obvod rotoru (2) je tvořen rotorovým blokem (21) sestaveným z příčně uspořádaných rotorových plechů (211), přičemž plochy statorových plechů (111) i rotorových plechů (211) jsou opatřeny otvory vytvářejícími po sestavení statorových plechů (111) do statorového bloku (11) statorový chladicí kanál (12) a po sestavení rotorových plechů do rotorového bloku (21) rotorový chladicí kanál (22), vyznačující se tím, že ve statorovém bloku (11) a/nebo v rotorovém bloku (21), vytvářejících statorový chladicí kanál (12) nebo rotorový chladicí kanál (22) o průměru (D), jsou v délkových intervalech o velikosti (p) mezi standardními statorovými plechy (111) vloženy zdrsňující statorové plechy (11Γ) a/nebo mezi standardní rotorové plechy (211) vloženy zdrsňující rotorové plechy (21Γ), mezí jejichž zdrsňujícími okraji (4) jsou otvory o průměru (d), přičemž poměr hodnot d/D se pohybuje v rozmezí hodnot 0,90 až 0,95.
2. Chladicí systém magnetického obvodu elektrického stroje podle nároku 1, vyznačující se tím, že pro hodnotu délkového intervalu o velikosti (p) platí vztah
kde proměnné (a) a (b) jsou závislé na tloušťce (t) standardních statorových plechů (111), standardních rotorových plechů (211), zdrsňujících statorových plechů (111') a zdrsňujících rotorových plechů (211') a nabývají hodnot v rozmezích intervalů vymezených vztahy a=0,406+0,811+1,981 -pr a b=-8,787-4,704-t-0,912-/?r +1,857-/¼ kde pr je parametr variability nabývající hodnot od 0,64 do 1,92.
2 výkresy
CZ2018-657A 2018-11-29 2018-11-29 Chladicí systém magnetického obvodu elektrického stroje CZ2018657A3 (cs)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CZ2018-657A CZ2018657A3 (cs) 2018-11-29 2018-11-29 Chladicí systém magnetického obvodu elektrického stroje

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CZ2018-657A CZ2018657A3 (cs) 2018-11-29 2018-11-29 Chladicí systém magnetického obvodu elektrického stroje

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CZ308049B6 CZ308049B6 (cs) 2019-11-20
CZ2018657A3 true CZ2018657A3 (cs) 2019-11-20

Family

ID=68534685

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CZ2018-657A CZ2018657A3 (cs) 2018-11-29 2018-11-29 Chladicí systém magnetického obvodu elektrického stroje

Country Status (1)

Country Link
CZ (1) CZ2018657A3 (cs)

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6452294B1 (en) * 2000-12-19 2002-09-17 General Electric Company Generator endwinding cooling enhancement
US6680549B2 (en) * 2001-11-01 2004-01-20 General Electric Company Tapered rotor-stator air gap for superconducting synchronous machine
CZ2004874A3 (cs) * 2004-08-09 2006-03-15 Siemens Elektromotory S. R. O. Stator elektromotoru
JP2011254577A (ja) * 2010-05-31 2011-12-15 Aisin Seiki Co Ltd 回転電機
JP2015089178A (ja) * 2013-10-29 2015-05-07 三菱電機株式会社 永久磁石埋込型回転電機
KR101783096B1 (ko) * 2015-08-24 2017-09-28 두산중공업 주식회사 개선된 냉각 유로를 갖는 로터 어셈블리

Also Published As

Publication number Publication date
CZ308049B6 (cs) 2019-11-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Satrústegui et al. Design criteria for water cooled systems of induction machines
JP5121833B2 (ja) 液体冷却式電気機械の固定子
US7893576B2 (en) Generator coil cooling baffles
JP5904827B2 (ja) 回転電機
CA2990548C (en) Rotary electric-machine rotor
CN203491805U (zh) 用于发电机的定子的定子堆及用于发电机的定子
CN116097548A (zh) 具有至少一个电动机器的风力涡轮机
JP2010263744A (ja) 回転電機
CZ2018657A3 (cs) Chladicí systém magnetického obvodu elektrického stroje
CN113364182B (zh) 转子护套、转子组件、电机、压缩机
JP2011101461A (ja) 電動機
CN106712353B (zh) 用于电机的环
CN205666692U (zh) 核电汽轮发电机的抽压混合式通风冷却系统
CN105103414A (zh) 旋转电机
CZ20022864A3 (cs) Vysoce tepelně vodivý vymezovací mezikus pro zdokonalené chlazení koncových vinutí rotoru generátoru
WO2016125534A1 (ja) 回転電機
CN112640265B (zh) 用于驱动单元的冷却装置、驱动单元和机动车
CN105934869A (zh) 旋转电机的转子
CN223414657U (zh) 一种高速电机转子结构
CN105634158B (zh) 一种利于散热的汽轮发电机定转子交互式错齿结构
CN115912701B (zh) 折流风冷式发电机的设计方法
JP2018026925A (ja) 回転電機
US20170077770A1 (en) Electric machine with a rotor cooled by cooling gas
Anand et al. Design of 2D and 3D Axial Flux Motor
CN207603315U (zh) 具有通风贯槽的定子结构