DE1166920B - Arrangement for cooling the windings of electrical machines using Peltier elements - Google Patents
Arrangement for cooling the windings of electrical machines using Peltier elementsInfo
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Description
Anordnung zur Kühlung der Wicklungen elektrischer Maschinen mittels Peltier-Elementen Es ist bekannt, daß auf Grund des elektrothermischen Effektes in einem mit Gleichstrom gespeisten Kreis aus zwei geeigneten elektrischen Leitern die eine Kontaktstelle abgekühlt und die andere erwärmt wird. Die erzielbare Temperaturdifferenz zwischen der kalten und der warmen Kontaktstelle richtet sich nach der Thermospannung des Leitermaterials. Derartige Elemente werden gebräuchlicherweise als Peltier-Elemente bezeichnet. Zur technischen Ausnutzung des elektrothermischen Effektes eignen sich insbesondere Peltier-Elemente, deren Schenkel aus je einem Halbleiter mit positiver Thermospannung und einem mit negativer Thermospannung bestehen und deren Enden mit Metallkontaktkörpern versehen sind.Arrangement for cooling the windings of electrical machines by means of Peltier elements It is known that due to the electrothermal effect in a circuit supplied with direct current and made up of two suitable electrical conductors one contact point is cooled and the other is heated. The achievable temperature difference between the cold and the warm contact point depends on the thermal voltage of the conductor material. Such elements are commonly called Peltier elements designated. For the technical exploitation of the electrothermal effect are suitable in particular Peltier elements whose legs each consist of a semiconductor with a positive Thermoelectric voltage and one with negative thermoelectric voltage and their ends with Metal contact bodies are provided.
Die Erfindung betrifft die technische Ausnutzung des elektrothermischen Effektes zur Kühlung der Wicklung elektrischer Maschinen. Dabei werden in bekannter Weise Kühlfahnen aus gut wärmeleitendem Material in die Wicklung der Maschine so mit eingelegt, daß die äußeren Zonen derselben dem Kühlmittelstrom ausgesetzt sind. Gemäß der Erfindung sind in den Bereichen großer Erwärmung diese Kühlfahnen als Peltier-Elemente ausgeführt, deren kalte Kontaktkörper an für die unmittelbare Kühlung durch einen Kühlmittelstrom nicht zugänglichen Stellen großer Erwärmung elektrisch isoliert angeordnet sind, und deren warme Kontaktkörper in einem flüssigen oder gasförmigen Kühlmittelstrom liegen. Die Erfindung nutzt also die Tatsache aus, daß durch den elektrothermischen Effekt Wärme aus dem Gebiet des kalten Kontaktkörpers zum warmen Kontaktkörper abgeführt wird, so daß bei entsprechender Kühlung des warmen Kontaktkörpers am Ort des kalten Kontaktkörpers unmittelbar an den Stellen großer Erwärmung in den Wicklungen die Wärme abgeführt wird. Die Stellen der maximalen Erwärmung der Wicklung einer Maschine sind meist in ihrer örtlichen Ausdehnung sehr beschränkt. Die Erfindung bringt also durch die unmittelbare Kühlung dieser Stellen durch den kalten Kontaktkörper eines Peltier-Elementes den Vorteil, daß die maximale Erwärmung der Wicklung stark herabgesetzt wird. Da sich die zulässige Belastung einer Maschine nur nach der maximal in der Wicklung auftretenden Erwärmung und nicht nach der durchschnittlichen Übertemperatur der Wicklung richtet, kann bei Herabsetzung der Maximalwerte der Erwärmung eine höhere Belastung zugelassen und die Maschine damit besser ausgenutzt werden.The invention relates to the technical exploitation of the electrothermal Effect for cooling the winding of electrical machines. It will be in well-known Wise cooling flags made of a material that conducts heat well in the winding of the machine like this inserted so that the outer zones of the same are exposed to the coolant flow. According to the invention, these cooling flags are in the areas of great heating Executed Peltier elements, whose cold contact bodies are connected for immediate cooling due to a coolant flow inaccessible places of great heating electrical are arranged isolated, and their warm contact body in a liquid or gaseous coolant flow. The invention thus takes advantage of the fact that due to the electrothermal effect, heat from the area of the cold contact body is discharged to the warm contact body, so that with appropriate cooling of the warm Contact body at the location of the cold contact body directly at the points of large Heating in the windings, the heat is dissipated. The places of the maximum Warming of the winding of a machine are usually very high in their local extent limited. The invention thus brings about the immediate cooling of these places due to the cold contact body of a Peltier element, the advantage that the maximum Heating of the winding is greatly reduced. As the allowable load a machine only after the maximum heating that occurs in the winding and not depending on the average overtemperature of the winding, can be reduced the maximum values of the heating allowed a higher load and the machine so that they can be better exploited.
Zur Verbesserung der Wärmeabfuhr ist es zweckmäßig, die warmen Kontaktkörper der Peltier-Elemente so anzuordnen, daß sie von dem normalen, in der Maschine umlaufenden Kühlmittel gut gekühlt werden können. Zu diesem Zweck kann die wärmeabgebende Oberfläche des warmen Kontaktkörpers durch an sich bekannte Mittel wie Kühlrippen oder Kühlnadeln vergrößert sein. Es empfiehlt sich ebenfalls, die warmen Kontaktkörper in Gebieten anzuordnen, in welchen das umlaufende Kühlmittel eine hohe Geschwindigkeit besitzt, so daß dadurch der Wärmeübergang verbessert wird. Es kann aber weiterhin auch zweckmäßig sein zur Kühlung der warmen Kontaktkörper der Peltier-Elemente in der Maschine einen besonderen Kühlmittelumlauf vorzusehen, so daß z. B. durch Verwendung von Flüssigkeit zur Kühlung der warmen Kontaktkörper die Wärmeabfuhr gegenüber der durch das normale z. B. gasförmige Kühlmittel der Maschine erreichbaren vergrößert wird.To improve the dissipation of heat, it is advisable to keep the warm contact bodies to arrange the Peltier elements in such a way that they differ from the normal ones rotating in the machine Coolant can be cooled well. For this purpose, the heat-emitting surface the warm contact body by means known per se, such as cooling fins or cooling needles be enlarged. It is also advisable to keep the contact body warm in areas to arrange in which the circulating coolant has a high speed, so that the heat transfer is improved. However, it can still also be expedient to cool the warm contact body of the Peltier elements in the machine provide special coolant circulation so that, for. B. by using liquid to cool the warm contact body the heat dissipation compared to the normal z. B. gaseous coolant of the machine achievable is increased.
Zur Erzeugung einer ausreichenden Kälteleistung der Peltier-Elemente werden Gleichströme der Größenordnung von 20 bis 50 Amp. benötigt. Der Kontaktkörper des Peltier-Elementes muß stets elektrisch isoliert angeordnet sein., was jedoch keine Schwierigkeiten bereitet, da die Betriebsspannungen nur ungefähr 100 mV betragen. Wegen der niedrigen Betriebsspannung der Einzelelemente ist es ferner zweckmäßig, die zwischen den Wicklungen einer Maschine angeordneten Peltier-Elemente in an sich bekannter Weise sämtlich oder zum Teil in Reihe zu schalten. Die erforderlichen Gleichströme können der Erregerwicklung der Maschine entnommen werden und, falls erforderlich, über Schleifringe zum Ständer der Maschine geleitet werden; sie können aber auch durch eine Fremdstromquelle geliefert werden. Zur Steigerung der erzielbaren Kälteleistung kann es sich auch empfehlen, die innerhalb der Wicklung der Maschine angeordneten Peltier-Elemente zu einer Kaskadenschaltung zusammenzufassen, derart, daß die warmen Kontaktkörper des Peltier-Elementes, dessen kalter Kontaktkörper an der Wicklung anliegt, durch die kalten Kontaktkörper von zwei weiteren Peltier-Elementen gekühlt werden, deren warme Kontaktkörper im Kühlmittelstrom liegen.To generate a sufficient cooling capacity of the Peltier elements DC currents of the order of magnitude of 20 to 50 amps are required. The contact body of the Peltier element must always be arranged electrically insulated. What, however poses no problems, since the operating voltages are only about 100 mV. Because of the low operating voltage of the individual elements, it is also advisable to the Peltier elements arranged between the windings of a machine in itself known way to connect all or some of them in series. The necessary Direct currents can be taken from the excitation winding of the machine and, if so required, to be routed to the stand of the machine via slip rings; you can but can also be supplied by an external power source. To increase the achievable Cooling capacity can also be recommended within the winding of the machine arranged Peltier elements to be combined in a cascade circuit, so that the warm Contact body of the Peltier element, its cold contact body on the winding is applied, cooled by the cold contact body of two further Peltier elements whose warm contact bodies are in the coolant flow.
Die Erfindung sei an Hand einiger Ausführungsbeispiele näher erläutert: Die Anwendung der Peltier-Elemente ist in den F i g. 1 bis 3 der Zeichnung zur Kühlung der Erregerwicklung einer elektrischen Maschine dargestellt, die F i g. 4 und 5 zeigen sie zur Kühlung des Läuferwickelkopfes einer elektrischen Gleichstrommaschine.The invention will be explained in more detail using a few exemplary embodiments: The application of the Peltier elements is shown in FIGS. 1 to 3 of the drawing for cooling the excitation winding of an electrical machine shown, the F i g. 4 and 5 show them for cooling the rotor end winding of an electrical DC machine.
F i g. 1 zeigt einen Schnitt durch einen ausgeprägten Pol des Läufers der elektrischen Maschine, F i g. 2 eine Aufsicht auf eine Lage der Erregerwicklung in der Höhe der Linie 1-I in F i g. 1, und F i g. 3 zeigt einen Schnitt längs der Linie I1-11 in F i g. 2. F i g. 4 zeigt einen Längsschnitt durch den Läuferwickelkopf der elektrischen Gleichstrommaschine, F i g. 5 eine Ansicht des Läuferwickelkopfes von der Stirnseite her.F i g. 1 shows a section through a salient pole of the rotor of the electrical machine, F i g. 2 a plan view of a location of the excitation winding at the level of the line 1-I in FIG. 1, and F i g. 3 shows a section along FIG Line I1-11 in FIG. 2. Fig. 4 shows a longitudinal section through the rotor end winding of the DC electric machine, F i g. 5 is a view of the rotor winding head from the front.
Die Erregerwicklung 1 einer elektrischen Maschine (s. F i g. 1 bis 3) ist auf den ausgeprägten Polen 2 des Läufers der Maschine angeordnet. Sie besteht aus Kupferbändern 3, die übereinander isoliert in Lagen gewickelt sind. Zwischen diesen Kupferbändern 3 sind an verschiedenen Stellen die kalten Kontaktkörper 4 von Peltier-Elementen angeordnet, deren Schenkel s an die Stirnseiten der durch die Erregerwicklung 1 gebildeten Spule geführt sind. Vor den Stirnseiten der Erregerspule befindet sich die auf der Welle 6 des Läufers angeordnete Scheibe 7 aus Isolierstoff, welche mit Bohrungen 8 zur Aufnahme der Schenkel 5 der Peltier-Elemente versehen ist. Die ; Schenkel 5 der Peltier-Elemente werden durch die Bohrungen 8 hindurchgeführt. Auf der von der Erregerspule abgewandten Seite der Scheibe 7 sind die warmen Kontaktkörper 9 der Peltier-Elemente befestigt, die wie eine Kühlfahne ausgebildet sind und , auf Grund ihrer Anordnung vor der Scheibe 7 wie Lüfterflügel wirken. Die Stromzuführung zu den Peltier-Elementen erfolgt über dem mit dem Leiter 10 verbundenen Schleifring 11. Durch die geschilderte Anordnung wird die in der schlecht zu kühlenden Er- , regerwicklung entstehende Wärme zu den warmen Kontaktkörpern der Peltier-Elemente geleitet, von denen auf Grund ihrer günstigen Lage im Kühlluftstrom die Wärme leicht abgeführt werden kann.The excitation winding 1 of an electrical machine (see Fig. 1 to 3) is arranged on the salient poles 2 of the rotor of the machine. she consists of copper strips 3, which are wound in layers on top of each other, insulated. Between These copper strips 3 are the cold contact bodies 4 at various points arranged by Peltier elements, the legs of which s to the end faces of the through the excitation winding 1 formed coil are guided. In front of the end faces of the excitation coil the disk 7 made of insulating material is located on the shaft 6 of the rotor, which are provided with bores 8 for receiving the legs 5 of the Peltier elements is. The ; Legs 5 of the Peltier elements are passed through the bores 8. The warm contact bodies are on the side of the disk 7 facing away from the excitation coil 9 of the Peltier elements attached, which are designed like a cooling flag and, due to their arrangement in front of the disc 7 act like fan blades. The power supply to the Peltier elements takes place via the slip ring connected to the conductor 10 11. Through the arrangement described, the in the poor to be cooled cooling, The heat generated by the active winding to the warm contact bodies of the Peltier elements guided, of which the heat easily due to their favorable location in the cooling air flow can be discharged.
Zur Kühlung des Läuferwickelkopfes einer elektrischen Gleichstrommaschine sind in dem Läuferwickelkopf (s. F i g. 4 und 5) die kalten Kontaktkörper 12 der Peltier-Elemente zwischen den Stäben 13 und 1.4 des Läuferwickelkopfes an der Stelle der maximalen Erwärmung isoliert angeordnet. Die Schenkel 15 der Peltier-Elemente sind zu dem äußeren Rand des Wickelkopfes hinaus geführt, wo die als langgestreckte Kühlfahne ausgebildeten warmen Kontaktkörper 16 der Peltier-Elemente jeweils zwischen den Zwingen 17 (zur Verbindung der Wickelkopfstäbe mit Ausgleichsleitungen) im Kühlluftstrom liegen. Da sowohl die Zwingen 17 als auch die warmen Kontaktkörper 16 gut vom Kühlluftstrom der Maschine umspült sind, kann die Wärme von ihnen leicht abgeführt werden.For cooling the rotor winding head of an electrical DC machine are in the rotor winding head (see Fig. 4 and 5) the cold contact body 12 of the Peltier elements between the bars 13 and 1.4 of the rotor end winding at the point the maximum heating arranged isolated. The legs 15 of the Peltier elements are led to the outer edge of the end winding, where the elongated Cooling vane formed warm contact body 16 of the Peltier elements in each case between the clamps 17 (for connecting the end winding bars with compensating lines) in the cooling air flow lie. Since both the clamps 17 and the warm contact body 16 are well protected from the cooling air flow the machine, the heat can easily be dissipated from them.
Eine weitere vorteilhafte Anwendung der gemäß der Erfindung vorgesehenen Anordnung zur Kühlung der Wicklung elektrischer Maschinen mit Hilfe von Peltier-Elementen ist die Ausnutzung der räumlichen Trennung zwischen dem kalten Kontaktkörper der Peltier-Elemente und deren warmen Kontaktkörper zur Kühlung der Ständerwicklung einer mit einem gasförmigen Kühlmittel gekühlten elektrischen Maschine, bei welcher die Ständerwicklung mit Kühlflüssigkeit gekühlt werden soll.Another advantageous application of those provided according to the invention Arrangement for cooling the winding of electrical machines with the help of Peltier elements is the utilization of the spatial separation between the cold contact body of the Peltier elements and their warm contact bodies for cooling the stator winding an electrical machine cooled with a gaseous coolant, in which the stator winding is to be cooled with coolant.
Es ist zweckmäßig, die Anordnung so vorzunehmen, daß die kalten Kontaktkörper der Peltier-Elemente an den Wicklungen der Ständerwicklung isoliert anliegen und deren warme Kontaktkörper außerhalb des Bereiches des elektrischen Feldes der Ständerwicklung angeordnet sind und mit Kühlflüssigkeit gekühlt werden. Auf diese Weise werden die bei der Verwendung eines flüssigen Kühlmittels auftretenden Schwierigkeiten infolge der Leitfähigkeit des Kühlmittels vermieden. Dadurch, daß das Kühlmittel nur im Bereich außerhalb des elektrischen Feldes bleibt, braucht das Rohrsystem des flüssigen Kühlmittels sowie dessen Behälter nicht isoliert zu werden.It is useful to make the arrangement so that the cold contact body the Peltier elements are insulated against the windings of the stator winding and their warm contact body outside the area of the electric field of the stator winding are arranged and are cooled with cooling liquid. In this way, the when using a liquid coolant as a result of difficulties the conductivity of the coolant avoided. Because the coolant is only in If the area remains outside the electric field, the pipe system needs the liquid Coolant and its container not to be insulated.
Die Durchführung des Erfindungsgedankens beschränkt sich nicht auf die geschilderten Ausführungsbeispiele, sondern umfaßt auch andere, nicht beschriebene Anwendungen von Peltier-Elementen zur Kühlung der Wicklungen elektrischer Maschinen.The implementation of the inventive concept is not limited to the exemplary embodiments described, but also includes others not described Applications of Peltier elements for cooling the windings of electrical machines.
Claims (9)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DES82106A DE1166920B (en) | 1962-10-19 | 1962-10-19 | Arrangement for cooling the windings of electrical machines using Peltier elements |
Applications Claiming Priority (1)
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| DES82106A DE1166920B (en) | 1962-10-19 | 1962-10-19 | Arrangement for cooling the windings of electrical machines using Peltier elements |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE1166920B true DE1166920B (en) | 1964-04-02 |
Family
ID=7510100
Family Applications (1)
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|---|---|---|---|
| DES82106A Pending DE1166920B (en) | 1962-10-19 | 1962-10-19 | Arrangement for cooling the windings of electrical machines using Peltier elements |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| DE (1) | DE1166920B (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE102012217444A1 (en) * | 2012-09-26 | 2014-04-17 | Siemens Aktiengesellschaft | Cooling apparatus for conductor of e.g. electric generator, has Peltier element whose cold side is heat-conductively contacted to conductor in such a way that the heat is dissipated from conductor |
| EP3104504A1 (en) * | 2015-06-12 | 2016-12-14 | Höganäs AB (publ) | Stator for an electrical machine |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| DE1799308U (en) * | 1958-01-29 | 1959-11-05 | Hans Still Ag | ARRANGEMENT FOR COOLING FIELD WINDINGS OF ELECTRIC MACHINES WITH DETAILED POLES. |
| DE1817547A1 (en) * | 1967-04-05 | 1970-07-23 | Cease Central Inc | Dispenser |
-
1962
- 1962-10-19 DE DES82106A patent/DE1166920B/en active Pending
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