DE3909253A1 - ELECTRICAL MACHINE WITH A CENTRIFUGAL HEAT PIPE FOR RUNNING COOLING - Google Patents

ELECTRICAL MACHINE WITH A CENTRIFUGAL HEAT PIPE FOR RUNNING COOLING

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DE3909253A1
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electrical machine
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Withdrawn
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DE3909253A
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German (de)
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Viktor Alekseevic Sevostjanov
Ivan Grigorevic Boiko
Fedor Kondratevic Zinziver
Ivan Grigorevic Sirnin
Leonid Pinkhusovic Gindes
Anatolij Vladimir Mirosnicenko
Aleksandr Ivanovic Parkhomenko
Aleksandr Fedorovic Cerkasin
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VNI PK I T I VZRYVOZASCISCENNO
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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K9/00—Arrangements for cooling or ventilating
    • H02K9/22—Arrangements for cooling or ventilating by solid heat conducting material embedded in, or arranged in contact with, the stator or rotor, e.g. heat bridges
    • H02K9/225—Heat pipes

Abstract

In order to cool a rotor using the principle of a centrifugal heat-transfer tube formed by shaft 4, a condensation zone (11) disposed outside a rotor (3) is formed by a plurality of pipes (12) secured in openings of a disk (13) associated with the shaft (4). The ends of the pipes (12) secured in the disk (13) are open and face a transfer zone (9) of heat carrier vapours formed in an evaporation zone (8) of the heat carrier. The opposite ends of the pipes (12) disposed outside the electric machine frame are individually sealed off or are provided with a common header (Fig. 5 not shown). The pips may be inclined towards the rotor axis (Fig. 4 not shown). <IMAGE>

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf rotie­ rende elektrische Maschinen, insbesondere auf elektrische Maschinen mit einem zentrifugalen Wärmerohr zur Läufer­ kühlung.The present invention relates to rotie electrical machines, especially electrical ones Machines with a centrifugal heat pipe to the runner cooling.

Die Erfindung kann für Hochmoment-Gleichstrommotoren, geregelte Asynchronmotoren mit Kurzschlußläufer sowie für Motoren mit Schleifringläufer, mit erhöhtem Schlupf, mit häufigen Anläufen angewendet werden.The invention can be used for high-torque DC motors, regulated asynchronous motors with squirrel cage rotors and for Motors with slip ring rotor, with increased slip, with frequent attempts.

Es ist bekannt eine elektrische Maschine (DE, A, 19 28 358), bei welcher der Läufer auf einer Hohlwelle ange­ ordnet ist, die hermetisch abgeschlossen ist und ein Wär­ merohr darstellt, das teilweise mit einem flüssigen Wär­ meträger gefüllt ist. Der Wellenabschnitt, auf dem der Läufer befestigt ist, stellt die Verdampfungszone des Wärmeträgers dar. Die Wellenabschnitte, die zu beiden Seiten des Läufers liegen, stellen die Übertragungs- und Kondensationszonen von Wärmeträgerdämpfen dar. Die Innen­ fläche aller Wellenabschnitte ist zylindrisch mit einem über die gesamte Wellenlänge gleichen Halbmesser gestal­ tet. Bei der Arbeit der elektrischen Maschine erwärmt sich der Läufer. Unter der Wirkung der Wärme geht der flüssige Wärmeträger in der Verdampfungszone in den dampf­ förmigen Zustand über, indem er sich in die am Ende der Welle zu beiden Seiten der Verdampfungszone liegenden Kondensationszonen bewegt. Hier findet die Kondensation von Dämpfen statt, bei der die sich entwickelnde Wärme in die Umgebung abgeleitet wird. Auf diese Weise wird bei der Drehung des Läufers im Innenhohlraum der Welle unter der Wirkung von Zentrifugalkräften ein geschlossener Wär­ meträgerstrom gebildet, der die Wärmeableitung nach dem Prinzip eines zentrifugalen Wärmerohres gewährleistet.An electrical machine is known (DE, A, 19 28 358), in which the rotor is attached to a hollow shaft is arranged, which is hermetically sealed and a heat merohr represents that partially with a liquid heat medium is filled. The shaft section on which the Attached to the runner, represents the evaporation zone of the Heat carrier. The shaft sections that go to both The sides of the runner represent the transfer and Condensation zones of heat transfer vapors. The inside surface of all shaft sections is cylindrical with a the same radius over the entire wavelength tet. Warmed during the work of the electrical machine the runner. Under the effect of the heat liquid heat transfer medium in the evaporation zone in the vapor shaped state by moving into the end of the Wave lying on both sides of the evaporation zone Condensation zones moved. This is where the condensation takes place of vapors instead of the developing heat is derived into the environment. That way, at the rotation of the rotor in the inner cavity of the shaft below the effect of centrifugal forces a closed heat Meträgerstrom formed that the heat dissipation after the Principle of a centrifugal heat pipe guaranteed.

In der genannten Konstruktion hat das Wärmerohr eine schwach entwickelte Oberfläche sowohl im Bereich der Wär­ meträgerkondensation - die Innenfläche der Welle in der Kondensationszone -, als auch im Bereich der Wärmeablei­ tung in die Umgebung - die Außenfläche der Welle in der Kondensationszone, und außerdem weist die Wand der Welle in der Kondensationszone eine beträchtliche Dicke auf. Diese Umstände beschränken die Wärmeübertragungsleistung des Wärmerohres der bekannten elektrischen Maschine.In the construction mentioned, the heat pipe has one poorly developed surface both in the area of heat medium condensation - the inner surface of the shaft in the Condensation zone - as well as in the area of heat dissipation  environment - the outer surface of the shaft in the Condensation zone, and also faces the wall of the shaft considerable thickness in the condensation zone. These circumstances limit the heat transfer performance of the heat pipe of the known electrical machine.

Bekannt ist eine elektrische Maschine mit einem zen­ trifugalen Wärmerohr zur Läuferkühlung (SU, A, 6 78 599), die einen in einem Gehäuse befindlichen Ständer enthält, in dessen Innerem ein Läufer entlang seiner Längsachse untergebracht ist. Der Läufer ist auf einer Hohlwelle angeordnet, die als Wärmerohr ausgebildet und im Gehäuse mittels Lagerungen befestigt ist. Einer der im Bereich des Läufers liegenden Wellenabschnitte dient als Verdampfungs­ zone des Wärmeträgers und als Übertragungszone von Dämpfen des das Wärmerohr teilweise füllenden Wärmeträgers. Die Innenfläche dieses Abschnittes ist zylindrisch mit einem gleichen Halbmesser über seine gesamte Länge gestaltet. Ein anderer Wellenabschnitt, der außerhalb des Läuferbe­ reichs liegt, dient als Kondensationszone von Wärmeträ­ gerdämpfen und ist in Gestalt eines mit seiner größeren Grundfläche dem Läufer zugewandten abgestumpften Kegels mit Rippen an der Außenfläche ausgebildet. Die Rippen sind als längsverlaufende Wellungen veränderlicher Höhe ausge­ führt, die von der kleineren Grundfläche zu der größeren hin zunimmt, und sind mit einem Führungsring versehen, der die Außenfläche der Wellungen an der kleineren Grundfläche umfaßt. Bei der bekannten elektrischen Maschine weist die Kondensationszone von Wärmeträgerdämpfen ebenfalls schwach entwickelte Oberflächen auf, auf denen die Kondensation und der äußere Wärmeaustausch vonstatten gehen, und be­ sitzt als Folge davon begrenzte Möglichkeiten der Läufer­ kühlung. Infolgedessen ist der Leistungsbereich von elek­ trischen Maschinen, die vermittels eines zentrifugalen Wärmerohres gekühlt werden, beschränkt.An electrical machine with a zen is known centrifugal heat pipe for rotor cooling (SU, A, 6 78 599), which contains a stand in a housing, inside a runner along its longitudinal axis is housed. The rotor is on a hollow shaft arranged, which is designed as a heat pipe and in the housing is attached by means of bearings. One of the Rotor sections lying on the shaft serve as evaporation zone of the heat transfer medium and as a transfer zone of vapors of the heat carrier partially filling the heat pipe. The Inner surface of this section is cylindrical with a designed the same radius over its entire length. Another wave section that is outside the Läuferbe Reichs lies, serves as a condensation zone of heat transfer steam and is in the shape of one with its larger Base of the truncated cone facing the rotor formed with ribs on the outer surface. The ribs are out as longitudinal corrugations of variable height leads from the smaller footprint to the larger one increases and are provided with a guide ring which the outer surface of the corrugations on the smaller base includes. In the known electrical machine, the Condensation zone of heat transfer vapors also weak developed surfaces on which the condensation and the external heat exchange takes place, and be As a result, the runners have limited options cooling. As a result, the performance range of elek centric machines using a centrifugal Heat pipe are limited.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine elektrische Maschine mit einem zentrifugalen Wärme­ rohr zur Läuferkühlung zu schaffen, bei der die konstruk­ tive Ausführung des Wärmerohres dank einer beträchtlichen Vergrößerung der Oberfläche, auf der die Kondensation von Wärmeträgerdämpfen erfolgt, und der Außenfläche, von der die Wärme abgeleitet wird, es gestatten würde, die Wirk­ samkeit der Kühlung der elektrischen Maschine zu erhöhen und die Kühlung von elektrischen Maschinen hoher Leistung sicherzustellen.The present invention is based on the object an electrical machine with a centrifugal heat To create pipe for rotor cooling, in which the construct  tive execution of the heat pipe thanks to a considerable Enlargement of the surface on which the condensation of Heat transfer vapors occur, and the outer surface of which the heat is dissipated, it would allow the effect increase the cooling rate of the electrical machine and the cooling of high-performance electrical machines ensure.

Die gestellte Aufgabe wird dadurch gelöst, daß in der elektrischen Maschine mit einem zentrifugalen Wärmerohr zur Läuferkühlung, enthaltend einen in einem Gehäuse be­ findlichen Ständer, in dessen Innerem entlang seiner Längs­ achse mit einem Spalt ein Läufer untergebracht ist, der auf seiner Hohlwelle angeordnet ist, welche in den Gehäuse­ wänden mittels Lagerungen befestigt und als Wärmerohr ausgebildet ist, wobei einer der Abschnitte der Hohlwelle, der im Bereich des Läufers liegt und dessen Innenfläche zylindrisch gestaltet ist, als Verdampfungszone eines das Wärmerohr teilweise füllenden Wärmeträgers und als Über­ tragungszone von Wärmeträgerdämpfen dient, während ein anderer Abschnitt der Hohlwelle, der außerhalb des Läufer­ bereiches liegt, als Kondensationszone von Wärmeträger­ dämpfen dient, erfindungsgemäß der als Kondensationszone von Wärmeträgerdämpfen dienende Abschnitt der Hohlwelle durch eine Gruppe von Rohren gebildet ist, deren eine Enden, die in Durchgangsbohrungen, welche in einer mit der Hohlwelle verbundenen Scheibe ausgeführt sind, befe­ stigt sind, offen und der Übertragungszone von Wärmeträ­ gerdämpfen zugewandt sind, während ihre anderen Enden hermetisch abgeschlossen sind und sich außerhalb des Gehäuses befinden.The task is solved in that in the electrical machine with a centrifugal heat pipe for rotor cooling, containing a be in a housing sensitive stand, inside of which along its length axis with a gap a runner is accommodated is arranged on its hollow shaft, which in the housing walls attached by means of bearings and as a heat pipe is formed, wherein one of the sections of the hollow shaft, which lies in the area of the runner and its inner surface is cylindrical, as the evaporation zone one of the Heat pipe partially filling heat transfer medium and as an over Carrying zone of heat transfer vapors is used during a another section of the hollow shaft that is outside the rotor area lies as a condensation zone of heat transfer medium steaming, according to the invention serves as a condensation zone section of the hollow shaft serving heat transfer vapors is formed by a group of pipes, one of which Ends in through holes, which in one with the hollow shaft connected disk are designed, befe Stigt are open and the transfer zone of Wärmeträ vapors are facing while their other ends are hermetically sealed and outside the Housing.

Es ist zweckmäßig, daß die erfindungsgemäße elek­ trische Maschine mit einem perforierten Mantel versehen ist, der am Gehäuse befestigt ist und die außerhalb des Gehäuses befindlichen Enden der Rohre umfaßt.It is appropriate that the elec machine with a perforated jacket is attached to the housing and outside the Housing ends of the tubes includes.

In einer der Ausführungsformen der elektrischen Ma­ schine ist es möglich, daß ein jedes Rohr einen runden Querschnitt aufweist. In one of the embodiments of the electrical Ma It is possible that each tube rounds off Has cross-section.  

In einer anderen der Ausführungsvarianten der elektri­ schen Maschine ist es notwendig, daß ein jedes Rohr einen ovalen Querschnitt aufweist.In another of the variants of the electri machine, it is necessary that each tube has a oval cross-section.

Zur Erhöhung des Wärmeübergangs ist es zweckmäßig, daß die Rohre aus einem stark wärmeleitenden Material be­ stehen.To increase the heat transfer, it is advisable that the tubes be made of a highly thermally conductive material stand.

Zur Vergrößerung der Außenfläche, von der die Wärme abgeleitet wird, ist es günstig, daß die Rohre mit einer Gruppe von Platten versehen sind, die hintereinander über die Länge der Rohre in zu den Längsachsen der Rohre senk­ rechten Ebenen angeordnet sind, wobei in jeder Platte Bohrungen ausgeführt sind, durch welche die Rohre hindurch­ geführt sind und in welchen sie befestigt sind.To enlarge the outer surface from which the heat is derived, it is favorable that the pipes with a Group of plates are provided one above the other the length of the pipes in to the longitudinal axes of the pipes right levels are arranged, being in each plate Bores are made through which the tubes pass are guided and in which they are attached.

Zur Verbesserung der Bedingungen des Eintritts von Wärmeträgerdämpfen in die Innenhohlräume der Rohre ist es bevorzugt, daß die Scheibe am Ende des Hohlwellenabschnit­ tes befestigt ist, dessen Innenfläche zylindrisch gestal­ tet ist und der als Übertragungszone von Wärmreträgerdämp­ fen dient.To improve the conditions of entry It is heat transfer vapors in the inner cavities of the pipes preferred that the disc at the end of the hollow shaft section tes is attached, the inner surface of which is cylindrical in shape tet and as the transfer zone of heat transfer damper fen serves.

Mit dem Zweck, die Abmessungen der elektrischen Ma­ schine zu verringern sowie den Einfluß der Läuferwärme­ verluste auf die Lagerungen zu vermindern, ist es erfor­ derlich, daß die Scheibe im Inneren des Hohlwellenabschnit­ tes befestigt ist, dessen Innenfläche zylindrisch gestal­ tet ist und der als Übertragungszone von Wärmeträger­ dämpfen dient.With the purpose of measuring the dimensions of the electrical Ma seem to reduce as well as the influence of the heat of the rotor To reduce losses on the bearings, it is necessary derlich that the disc inside the hollow shaft section tes is attached, the inner surface of which is cylindrical in shape tet and that is the transfer zone of heat transfer medium steam serves.

Um zu vermeiden, daß die flüssige Phase des Wärme­ trägers aus der Verdampfungszone in die Innenhohlräume der Rohre überströmt, ist es zweckmäßig, daß die Bohrun­ gen in der Scheibe längs konzentrischen Kreisen angebracht sind, wobei die in den Bohrungen des peripheren Kreises befestigten Rohre in einem Abstand von der Innenfläche der Hohlwelle angeordnet sind.To avoid the liquid phase of the heat carrier from the evaporation zone into the interior cavities overflows the pipes, it is appropriate that the Bohrun attached in the disc along concentric circles are in the holes in the peripheral circle attached pipes at a distance from the inner surface the hollow shaft are arranged.

Mit dem Zweck, die überschüssige Menge des Wärmeträ­ gerkondensats in den Rohren zu verringern und seine Abfüh­ rung aus denselben in die Verdampfungszone zu beschleuni­ gen, ist es bevorzugt, daß die Rohre an der Scheibe so angebracht sind, daß die Längsachse eines jeden Rohres mit der Längsachse der Hohlwelle einen spitzen Winkel einschließt, wobei die außerhalb des Gehäuses befindlichen Enden der Rohre zu der genannten Achse der Hohlwelle ge­ neigt sind.With the purpose of removing the excess amount of heat condensate in the pipes and reduce its removal accelerate from the same in the evaporation zone gen, it is preferred that the tubes on the disc so  are attached that the longitudinal axis of each tube with the longitudinal axis of the hollow shaft an acute angle includes, those located outside the housing Ends of the tubes ge to said axis of the hollow shaft are inclined.

Es ist vorteilhaft, daß das Ende eines jeden Rohres einzeln hermetisch abgeschlossen ist.It is advantageous that the end of each tube individually hermetically sealed.

Mit dem Zweck, den Einfluß des nichtkondensierenden Gases auf die Effektivität der Wärmeübertragung zu vermin­ dern, hat es sich als besonders vorteilhaft erwiesen, daß die Enden der Rohre mittels eines an ihnen angebrachten Sammlers hermetisch abgeschlossen sind, dessen Innenhohl­ raum mit den Innenhohlräumen der Rohre in Verbindung steht.With the purpose of the influence of the non-condensing Min gas on the effectiveness of heat transfer , it has proven to be particularly advantageous that the ends of the pipes by means of one attached to them Collector are hermetically sealed, the inner cavity space in connection with the inner cavities of the pipes stands.

Die vorgeschlagene Erfindung gestattet es, die Wär­ meaustauschfläche um das Zwei- bis Dreifache und die Wär­ meabgabezahl nahezu um das Zweifache zu vergrößern. Dies bietet die Möglichkeit, die Temperatur von Läufer und Ständer herabzusetzen und gleichzeitig den Wirkungsgrad der elektrischen Maschine zu erhöhen. Die Erfindung er­ laubt es, die Läufer und Ständer von elektrischen Maschi­ nen mit einer Leistung bis zu 110-132 kW zu kühlen.The proposed invention allows the heat Exchange area by two to three times and the heat The sales tax amount is increased almost twice. This offers the possibility of the temperature of runners and Stand down and at the same time the efficiency of the electrical machine. The invention he the runners and stands of electric machines cooling with an output of up to 110-132 kW.

Im folgenden wird die vorliegende Erfindung durch konkrete Ausführungsbeispiele derselben und an Hand von Zeichnungen erläutert, in denen es zeigtIn the following the present invention is accomplished by concrete embodiments of the same and on the basis of Illustrated drawings in which it shows

Fig. 1 die Gesamtansicht der elektrischen Maschine mit einem zentrifugalen Wärmerohr zur Läuferkühlung, ge­ mäß der Erfindung; Figure 1 shows the overall view of the electrical machine with a centrifugal heat pipe for rotor cooling, ge according to the invention.

Fig. 2 eine Scheibe mit daran befestigten Rohren, gemäß der Erfindung; Figure 2 is a disc with tubes attached thereto, according to the invention.

Fig. 3 eine Ausführungsform der elektrischen Maschi­ ne, bei der die Scheibe im Inneren eines Hohlwellenab­ schnittes angeordnet ist, dessen Innenfläche zylindrisch gestaltet ist und der als Übertragungszone von Wärmeträ­ gerdämpfen dient, gemäß der Erfindung; Fig. 3 shows an embodiment of the electrical machine ne, in which the disc is arranged in the interior of a Hohlwellenab section, the inner surface of which is cylindrical and which serves as a transfer zone of heat transfer medium, according to the invention;

Fig. 4 die Baugruppe des Wärmerohres mit der Kon­ densationszone von Wärmeträgerdämpfen, in welcher die Längsachse eines jeden der Rohre einen spitzen Winkel mit der Längsachse der Hohlwelle einschließt, gemäß der Erfin­ dung; Figure 4 shows the assembly of the heat pipe with the condensation zone of heat transfer vapors, in which the longitudinal axis of each of the pipes includes an acute angle with the longitudinal axis of the hollow shaft, according to the inven tion;

Fig. 5 die Baugruppe des Wärmerohres mit der Konden­ sationszone von Wärmeträgerdämpfen, die einen Sammler enthält, gemäß der Erfindung. Fig. 5 shows the assembly of the heat pipe with the condensation zone of heat transfer vapors, which contains a collector, according to the invention.

Die erfindungsgemäße elektrische Maschine mit einem zentrifugalen Wärmerohr zur Läuferkühlung enthält einen Ständer 1 (Fig. 1), der sich in einem Gehäuse 2 befindet. Im Ständer 1 ist entlang seiner Längsachse mit einem Spalt ein Läufer 3 untergebracht, der auf einer als Wär­ merohr ausgebildeten Hohlwelle 4 angeordnet ist. Die Hohl­ welle 4 ist in den Wänden des Gehäuses 2 mittels Lagerun­ gen 5 und 6 befestigt. Ein Abschnitt 7 der Welle 4, dessen Innenfläche zylindrisch gestaltet ist und der im Bereich des Läufers 3 liegt, stellt die Zone 8 der Verdampfung eines das Wärmerohr teilweise ausfüllenden Wärmeträgers und die Zone 9 der Übertragung von Wärmeträgerdämpfen dar. Ein Abschnitt 10 der Hohlwelle 4, der als Zone 11 der Kondensation von Wärmeträgerdämpfen dient, ist durch eine Gruppe von Rohren 12 gebildet, die in Bohrungen gleichachsig eingesetzt sind, welche in einer am Ende des Abschnittes 7 der Hohlwelle 4 angebrachten Scheibe 13 ausgeführt sind. Die in der Scheibe 13 befestigten Enden der Rohre 12 sind offen und weisen in Richtung der Zo­ en 9 der Übertragung von Wärmeträgerdämpfen, während die entgegengesetzten Enden der Rohre 12, die sich außerhalb des Gehäuses 2 befinden, hermetisch abgeschlossen sind, wobei das Ende eines jeden der Rohre 12 einzeln herme­ tisch abgeschlossen ist. Die Maschine ist mit einem per­ forierten Mantel 14 versehen, der am Gehäuse 2 befestigt ist und die außerhalb des Gehäuses 2 befindlichen Enden der Rohre 12 umfaßt. Die Rohre 12 sind mit einer Gruppe von Platten 15 versehen, die hintereinander über die Länge der Rohre 12 in zu den Längsachsen der Rohre 12 senkrechten Ebenen angeordnet sind.The electrical machine according to the invention with a centrifugal heat pipe for rotor cooling contains a stand 1 ( FIG. 1), which is located in a housing 2 . In the stand 1 , a rotor 3 is accommodated along its longitudinal axis with a gap, which is arranged on a hollow shaft 4 designed as a heat pipe. The hollow shaft 4 is fixed in the walls of the housing 2 by means of storage conditions 5 and 6 . A section 7 of the shaft 4 , the inner surface of which is cylindrical and which lies in the area of the rotor 3 , represents the zone 8 of the evaporation of a heat carrier partially filling the heat pipe and the zone 9 of the transmission of heat carrier vapors. A section 10 of the hollow shaft 4 , which serves as zone 11 for the condensation of heat carrier vapors is formed by a group of tubes 12 which are inserted coaxially in bores which are embodied in a disk 13 attached to the end of section 7 of hollow shaft 4 . The ends of the tubes 12 fastened in the disk 13 are open and point in the direction of the heat transfer vapors 9 , while the opposite ends of the tubes 12 , which are located outside the housing 2, are hermetically sealed, the end of each the tubes 12 are individually closed hermetically. The machine is provided with a by-perforated jacket 14 which is fixed on the housing 2 and includes the ends of the tubes 12 located outside the housing. 2 The tubes 12 are provided with a group of plates 15 which are arranged one behind the other over the length of the tubes 12 in planes perpendicular to the longitudinal axes of the tubes 12 .

Die Anordnung der Bohrungen an der Scheibe 13 kann verschieden sein. In Fig. 1 und 2 ist ihre Anordnung längs konzentrischen Kreisen mit den Durchmessern d 1 und d 2 ge­ zeigt, wobei die in den Bohrungen des peripheren Kreises mit dem Durchmesser d 2 befestigten Rohre 12 in einem Abstand von der Innenfläche der Hohlwelle 4 angeordnet sind.The arrangement of the holes on the disc 13 can be different. In Fig. 1 and 2 their arrangement along concentric circles with the diameters d 1 and d 2 ge shows, the tubes 12 attached in the bores of the peripheral circle with the diameter d 2 being arranged at a distance from the inner surface of the hollow shaft 4 .

Die Rohre 12 bestehen aus einem stark wärmeleitenden Material und können sowohl einen runden als auch einen ova­ len Querschnitt aufweisen.The tubes 12 consist of a highly thermally conductive material and can have both a round and an oval cross-section.

Um die Abmessungen der Maschine zu verringern sowie den Einfluß der Wärmeverluste des Läufers 3 auf die Lage­ rungen 6 zu vermindern, ist die Scheibe 13 (Fig. 3) im Inneren des Abschnittes 7 der Hohlwelle 4, bei welchem Abschnitt seine Innenfläche zylindrisch gestaltet ist, zwischen dem Läufer 3 und den Lagerungen 6 angeordnet.In order to reduce the dimensions of the machine and to reduce the influence of the heat losses of the rotor 3 on the position 6 , the disk 13 ( FIG. 3) is inside the section 7 of the hollow shaft 4 , in which section its inner surface is cylindrical, arranged between the rotor 3 and the bearings 6 .

Zur Verringerung des überschüssigen Kondensats, das sich in den Rohren 12 sammelt, und zur Beschleunigung seiner Entfernung in die Verdampfungszone 8 des Wärmeträ­ gers werden die Rohre 12 (Fig. 4) so angeordnet, daß die Längsachse eines jeden Rohres 12 mit der Längsachse der Hohlwelle 4 einen spitzen Winkel einschießt, wobei zur Achse der Hohlwelle 4 die Enden der Rohre 12 geneigt sind, welche hermetisch abgeschlossen sind.To reduce the excess condensate that collects in the tubes 12 and to accelerate its removal into the evaporation zone 8 of the heat transfer tube 12 ( Fig. 4) are arranged so that the longitudinal axis of each tube 12 with the longitudinal axis of the hollow shaft 4 shoots in an acute angle, the ends of the tubes 12 , which are hermetically sealed, being inclined to the axis of the hollow shaft 4 .

Zur Verminderung des Einflusses des nichtkondensie­ renden Gases auf die Effektivität des Wärmeübergangs sind die Enden der Rohre 12 (Fig. 5) mittels eines hohlen Samm­ lers 16 hermetisch abgeschlossen, bei dem in einer seiner Wände Bohrungen vorgesehen sind, durch welche die Rohre 12 hindurchgeführt sind, deren Innenhohlräume mit dem Innen­ hohlraum des Sammlers 16 in Verbindung stehen. In der entgegengesetzten Wand des Sammlers 16 ist eine axiale kegelförmige Vertiefung 17 ausgeführt.To reduce the influence of the non-condensing gas on the effectiveness of the heat transfer, the ends of the tubes 12 ( FIG. 5) are hermetically sealed by means of a hollow collector 16 , in which holes are provided in one of its walls, through which the tubes 12 are passed whose inner cavities are connected to the inner cavity of the collector 16 . An axial conical recess 17 is made in the opposite wall of the collector 16 .

Die erfindungsgemäße elektrische Maschine mit einem zentrifugalen Wärmerohr zur Läuferkühlung arbeitet fol­ genderweise. Bei der Arbeit der elektrischen Maschine erwärmt sich der Läufer 3 (Fig. 1), und die Wärme wird von ihm zu dem in der Verdampfungszone 8 des Wärmerohrs befindlichen flüssigen Wärmeträger übertragen. Der Wärme­ träger, der die Wärme aufnimmt, verdampft teilweise, und der dabei entstandene Dampf, der sich im Wärmerohr dank der Druckdifferenz in die Kondensationszone 11 bewegt, die durch die Innenhohlräume der Rohre 12 gebildet ist, kondensiert an den Wänden der Rohre 12 und gibt an diese die Wärme ab. Das sich dabei bildende Kondensatz sammelt sich unter der Wirkung von Zentrifugalkräfte an den von der Längsachse der Hohlwelle 4 am weitesten entfernten Abschnitten der Innenfläche der Rohre 12 an, von wo es auf die zylindrische Oberfläche der Hohlwelle 4 abfließt und dann in die Verdampfungszone 8 zurückkehrt. Auf diese Weise wird bei der Entfernung von Wärmeverlusten im Läu­ fer 3 ein geschlossener Zirkulationsstrom des Wärmeträ­ gers erzeugt.The electrical machine according to the invention with a centrifugal heat pipe for cooling the rotor works as follows. During the work of the electrical machine, the rotor 3 heats up ( FIG. 1) and the heat is transferred from it to the liquid heat carrier located in the evaporation zone 8 of the heat pipe. The heat carrier, which absorbs the heat, partially evaporates, and the resulting steam, which moves in the heat pipe thanks to the pressure difference into the condensation zone 11 , which is formed by the inner cavities of the tubes 12 , condenses on the walls of the tubes 12 and gives the heat from them. The condensate formed in the process collects under the action of centrifugal forces on the sections of the inner surface of the tubes 12 which are farthest from the longitudinal axis of the hollow shaft 4 , from where it flows off onto the cylindrical surface of the hollow shaft 4 and then returns to the evaporation zone 8 . In this way, a closed circulation flow of the heat carrier is generated when removing heat losses in the rotor 3 .

Für den Fall, daß die Enden der Rohre 12 (Fig. 5) mittels des Sammlers 16 hermetisch abgeschlossen sind, sammelt sich das im Wärmerohr entstehende nichtkonden­ sierende Gas im Hohlraum des Sammlers 16 an. In diesem Fall wird die gesamte Oberfläche der Rohre 12 im Wärme­ übertragungsprozeß ausgenutzt.In the event that the ends of the tubes 12 ( FIG. 5) are hermetically sealed by means of the collector 16 , the non-condensing gas which arises in the heat pipe accumulates in the cavity of the collector 16 . In this case, the entire surface of the tubes 12 is used in the heat transfer process.

Die Kühlung einer elektrischen Maschine wird inten­ siviert und der Leistungsbereich von elektrischen Maschi­ nen, die mittels eines zentrifugalen Wärmerohres gekühlt werden, wird erweitert, weil die Zone 11 (Fig. 1) der Kon­ densation von Wärmeträgerdämpfen aus einer Vielzahl von Rohren 12 geringen Durchmessers ausgeführt wird, die eine beträchtliche Vergrößerung der Innenfläche, an der die Kondensation von Wärmeträgerdämpfen stattfindet, und der Außenfläche, von der die Wärme abgeleitet wird, gewähr­ leisten, und weil die Wärmeabgabezahlen an diesen Ober­ flächen vergrößert werden.The cooling of an electrical machine is intensified and the power range of electrical machines, which are cooled by means of a centrifugal heat pipe, is expanded because zone 11 ( FIG. 1) of the condensation of heat carrier vapors is carried out from a large number of pipes 12 of small diameter will ensure a considerable increase in the inner surface on which the condensation of heat transfer vapors takes place and the outer surface from which the heat is dissipated, and because the heat emission figures on these upper surfaces are increased.

Die summarische Oberfläche der Kondenationszone 11, die durch die Innenhohlräume einer Vielzahl von Rohren 12 geringen Durchmessers gebildet ist, kann mehrmals (um das Zwei- bis Dreifache) größer sein als die Oberfläche eines einzigen Zylinders großen Durchmessers sein, in dessen Querebene sie eingefügt werden könnten.The total surface area of the condensation zone 11 , which is formed by the inner cavities of a plurality of small diameter tubes 12 , can be several times (two to three times) larger than the surface area of a single large diameter cylinder, in the transverse plane of which they could be inserted .

Die Verwendung einer derartigen Konstruktion des Wärmerohres in einem Asynchronmotor mit Kurzschlußläufer von 55 kW Leistung hat es ermöglicht, die Temperatur der Ständerwicklung um 30°C und die des Kurzschlußläufers um 90°C zu senken sowie gleichzeitig den Wirkungsgrad um 0,5% zu erhöhen.The use of such a construction of the Heat pipe in an asynchronous motor with squirrel-cage rotor of 55 kW power has enabled the temperature of the Stator winding around 30 ° C and that of the short-circuit rotor 90 ° C and reduce the efficiency at the same time 0.5% increase.

Claims (13)

1. Elektrische Maschine mit einem zentrifugalen Wär­ merohr zur Läuferkühlung, enthaltend
  • - einen in einem Gehäuse (2) befindlichen Ständer (1);
  • - einen Läufer (3), der innerhalb des Ständers (1) entlang seiner Längsachse mit einem Spalt untergebracht ist;
  • - eine als Wärmerohr ausgebildete Hohlwelle (4), auf welcher der Läufer (3) angeordnet ist und welche in den Wänden des Gehäuses (2) mittels Lagerungen (5, 6) befe­ stigt ist, wobei
  • - einer der Abschnitte (7) der Hohlwelle (4), der im Bereich des Läufers (3) liegt und dessen Innenfläche zy­ lindrisch gestaltet ist, als Zone (8) der Verdampfung eines das Wärmerohr teilweise füllenden Wärmeträgers und als Zone (9) der Übertragung von Wärmeträgerdämpfen dient, während
  • - ein anderer Abschnitt (10) der Hohlwelle (4), der außerhalb des Bereiches des Läufers (3) liegt, als Zone (11) der Kondensation von Wärmeträgerdämpfen dient,
1. Containing electrical machine with a centrifugal heat pipe for rotor cooling
  • - A stand ( 1 ) located in a housing ( 2 );
  • - A rotor ( 3 ) which is accommodated within the stator ( 1 ) along its longitudinal axis with a gap;
  • - A designed as a heat pipe hollow shaft ( 4 ) on which the rotor ( 3 ) is arranged and which is BEFE Stigt in the walls of the housing ( 2 ) by means of bearings ( 5, 6 ), wherein
  • - One of the sections ( 7 ) of the hollow shaft ( 4 ), which lies in the area of the rotor ( 3 ) and the inner surface of which is cylindrical, as zone ( 8 ) of the evaporation of a heat carrier partially filling the heat pipe and as zone ( 9 ) Transfer of heat transfer vapors is used during
  • another section ( 10 ) of the hollow shaft ( 4 ), which lies outside the area of the rotor ( 3 ), serves as zone ( 11 ) for the condensation of heat carrier vapors,
dadurch gekennzeichnet, daß
  • - der als Zone (11) der Kondensation von Wärmeträ­ gerdämpfen dienende Abschnitt (10) der Hohlwelle (4) durch eine Gruppe von Rohren (12) gebildet ist, deren eine Enden, die in Durchgangsbohrungen, welche in einer mit der Hohlwelle (4) verbundenen Scheibe (13) ausgeführt sind, befestigt sind, offen und der Zone (9) der Über­ tragung von Wärmeträgerdämpfen zugewandt sind, während ihre anderen Enden hermetisch abgeschlossen sind und sich außerhalb des Gehäuses (2) befinden.
 characterized in that
  • - The serving as zone ( 11 ) of the condensation of Wärmeträ gerdämpfen section ( 10 ) of the hollow shaft ( 4 ) is formed by a group of tubes ( 12 ), one end of which ends in through bores, which in a with the hollow shaft ( 4 ) connected disc ( 13 ) are executed, attached, open and the zone ( 9 ) facing the transfer of heat transfer vapors, while their other ends are hermetically sealed and are outside the housing ( 2 ).
2. Elektrische Maschine mit einem zentrifulgalen Wär­ merohr zur Läuferkühlung nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß sie mit einem perforierten Mantel (14) versehen ist, der am Gehäuse (2) befestigt ist und die außerhalb des Gehäuses (2) befindlichen Enden der Rohre (12) umfaßt.2. Electrical machine with a zentrifulgalen Wär merohr to the rotor cooling system according to claim 1, characterized in that it is provided with a perforated jacket (14) which is fixed to the housing (2) and the ends located outside the housing (2) Pipes ( 12 ) comprises. 3. Elektrische Maschine mit einem zentrifugalen Wär­ merohr zur Läuferkühlung nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß ein jedes Rohr (12) einen runden Querschnitt aufweist.3. Electrical machine with a centrifugal heat pipe for rotor cooling according to claim 1, characterized in that each tube ( 12 ) has a round cross section. 4. Elektrische Maschine mit einem zentrifugalen Wär­ merohr zur Läuferkühlung nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß ein jedes Rohr (12) einen ovalen Querschnitt aufweist.4. Electrical machine with a centrifugal heat pipe for rotor cooling according to claim 1, characterized in that each tube ( 12 ) has an oval cross section. 5. Elektrische Maschine mit einem zentrifugalen Wär­ merohr zur Läuferkühlung nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Rohre (12) aus einem stark wärmeleitenden Material bestehen.5. Electrical machine with a centrifugal heat pipe for rotor cooling according to claim 1, characterized in that the tubes ( 12 ) consist of a highly thermally conductive material. 6. Elektrische Maschine mit einem zentrifugalen Wär­ merohr zur Läuferkühlung nach Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß
  • - die Rohre (12) mit einer Gruppe von Platten (15) versehen sind, die hintereinander über die Länge der Rohre (12) in zu den Längsachsen der Rohre (12) senkrech­ ten Ebene angeordnet sind, wobei
  • - in jeder Platte (15) Bohrungen ausgeführt sind, durch die die Rohre (12) hindurchgeführt sind und in denen sie befestigt sind.
6. Electrical machine with a centrifugal heat pipe for rotor cooling according to claims 1 to 5, characterized in that
  • - The tubes ( 12 ) are provided with a group of plates ( 15 ) which are arranged one behind the other over the length of the tubes ( 12 ) in the longitudinal axes of the tubes ( 12 ) perpendicular plane, wherein
  • - In each plate ( 15 ) holes are made, through which the tubes ( 12 ) are passed and in which they are attached.
7. Elektrische Maschine mit einem zentrifugalen Wär­ merohr zur Läuferkühlung nach Ansprüchen 1-6, dadurch gekennzeichnet, daß die Scheibe (13) am Ende des Abschnittes (7) der Hohlwelle (4) befestigt ist, bei welchem die Innenfläche zylindrisch gestaltet ist und welcher als Zone (9) der Übertragung von Wärmeträgerdämp­ fen dient.7. Electrical machine with a centrifugal heat pipe for rotor cooling according to claims 1-6, characterized in that the disc ( 13 ) at the end of the section ( 7 ) of the hollow shaft ( 4 ) is fixed, in which the inner surface is cylindrical and which serves as zone ( 9 ) for the transfer of heat transfer dampers. 8. Elektrische Maschine mit einem zentrifugalen Wär­ merohr zur Läuferkühlung nach Ansprüchen 1-7, dadurch gekennzeichnet, daß die Scheibe (13) im Inne­ ren des Abschnittes (7) der Hohlwelle (4) befestigt ist, bei welchem die Innenfläche zylindrisch gestaltet ist und welcher als Zone (9) zur Übertragung von Wärmeträgerdämp­ fen dient.8. Electrical machine with a centrifugal heat pipe for rotor cooling according to claims 1-7, characterized in that the disc ( 13 ) in the interior of the section ( 7 ) of the hollow shaft ( 4 ) is fixed, in which the inner surface is cylindrical and which serves as zone ( 9 ) for the transfer of heat transfer dampers. 9. Elektrische Maschine mit einem zentrifugalen Wär­ merohr zur Läuferkühlung nach Ansprüchen 1-8, dadurch gekennzeichnet, daß die Bohrungen in der Scheibe (13) längs konzentrischen Kreisen angebracht sind, wobei die in den Bohrungen des peripheren Kreises befe­ stigten Rohre (12) in einem Abstand von der Innenfläche der Hohlwelle (4) angeordnet sind.9. Electrical machine with a centrifugal heat pipe for rotor cooling according to claims 1-8, characterized in that the bores in the disc ( 13 ) are arranged along concentric circles, the BEFE in the bores of the peripheral circle pipes ( 12 ) in BEFE a distance from the inner surface of the hollow shaft ( 4 ) are arranged. 10. Elektrische Maschine mit einem zentrifugalen Wär­ merohr zur Läuferkühlung nach Ansprüchen 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohre (12) an der Scheibe (13) so angebracht sind, daß die Längsachse eines jeden Rohres mit der Längsachse der Hohlwelle (4) einen spitzen Winkel einschließt, wobei zu der genannten Achse der Hohlwelle (4) die außerhalb des Gehäuses (2) befind­ lichen Enden der Rohre (12) geneigt sind.10. Electrical machine with a centrifugal heat pipe for rotor cooling according to claims 1 to 9, characterized in that the tubes ( 12 ) on the disc ( 13 ) are mounted so that the longitudinal axis of each tube with the longitudinal axis of the hollow shaft ( 4 ) encloses an acute angle, the ends of the tubes ( 12 ) located outside the housing ( 2 ) being inclined to said axis of the hollow shaft ( 4 ). 11. Elektrische Maschine mit einem zentrifugalen Wär­ merohr zur Läuferkühlung nach Ansprüchen 1-10, dadurch gekennzeichnet, daß das Ende eines jeden Rohres (12) einzeln hermetisch abgeschlossen ist.11. Electrical machine with a centrifugal heat pipe for rotor cooling according to claims 1-10, characterized in that the end of each tube ( 12 ) is individually hermetically sealed. 12. Elektrische Maschine mit einem zentrifugalen Wär­ merohr zur Läuferkühlung nach Ansprüchen 1-10, dadurch gekennzeichnet, daß die Enden der Rohre (12) mittels eines an ihnen angebrachten Sammlers (16) herme­ tisch abgeschlossen sind, bei dem in einer seiner Wände Bohrungen vorgesehen sind, durch welche die Rohre hindurch­ geführt sind, und bei dem der Innenhohlraum mit den Innen­ hohlräumen der Rohre (12) in Verbindung steht.12. Electrical machine with a centrifugal heat pipe for rotor cooling according to claims 1-10, characterized in that the ends of the tubes ( 12 ) by means of a collector ( 16 ) attached to them are hermetically sealed, in which holes are provided in one of its walls are, through which the tubes are passed, and in which the inner cavity with the inner cavities of the tubes ( 12 ) is in communication.
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