ES2877518T3 - Motor eléctrico con radiador externo y dos circuitos de enfriamiento separados - Google Patents
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Abstract
Un motor eléctrico (10), que comprende: - un bastidor (12) que define un volumen interno en el que se alojan un rotor (14) y un estator (16), - al menos un circuito de enfriamiento primario (30) que atraviesa el estator (16), que comprende una entrada primaria (32) y una salida primaria (34) en comunicación fluídica con el exterior del bastidor (12), un fluido de gas desde el exterior del bastidor (12) que penetra a través de dicha entrada primaria destinado a circular en dicho circuito de enfriamiento primario y salir de dicho circuito a través de dicha salida primaria, - al menos un dispositivo de enfriamiento (20) fuera del bastidor (12) que comprende una entrada de aire secundaria (22) y una salida de aire secundaria (24), dicha entrada secundaria y dicha salida secundaria están en comunicación fluídica con el volumen interno del bastidor (12), un conducto (26), que conecta dicha entrada secundaria y dicha salida secundaria, que se extiende al menos parcialmente fuera del bastidor (12), - al menos un circuito de enfriamiento secundario (40), separado del circuito primario (30), que atraviesa el rotor (14) y en comunicación fluídica con la entrada secundaria y la salida secundaria del dispositivo de enfriamiento (20), un fluido de gas interno que se destina al circuito de enfriamiento secundario (40) para circular en dicho circuito de enfriamiento secundario y en dicho dispositivo de enfriamiento exterior, el circuito de enfriamiento secundario (40) se atraviesa por un canal (36) del circuito de enfriamiento primario (30) que suministra al estator (16) con el fluido de gas desde el exterior del bastidor (12), el canal (36) atraviesa transversalmente el circuito de enfriamiento secundario (40) para separar un flujo de gas secundario que fluye en el canal de enfriamiento secundario en dos flujos de gas que fluyen alrededor del canal (36); caracterizado porqueel canal (36) comprende una sección de forma prismática con un vértice (38) girado aguas arriba del fluido de gas secundario y una base (39) girada aguas abajo
Description
DESCRIPCIÓN
Motor eléctrico con radiador externo y dos circuitos de enfriamiento separados
La presente invención se refiere a un motor eléctrico que comprende un circuito de enfriamiento primario para enfriar un estator y un circuito de enfriamiento secundario para enfriar un rotor.
Normalmente, el circuito de enfriamiento primario está en comunicación fluídica con el exterior de la carcasa del motor para permitir el enfriamiento del estator al circular aire ambiente en el circuito de enfriamiento primario. Generalmente, el circuito secundario no está, por su parte, en comunicación fluídica con el exterior de la carcasa del motor para eliminar que el tener polvo u otras cosas atasquen o ensucien la parte móvil del motor. En consecuencia, el circuito secundario se conecta a un dispositivo de enfriamiento que se extiende fuera del motor, para permitir el intercambio térmico entre el fluido de gas que circula en un circuito cerrado en el circuito secundario y el aire exterior a través de la pared del dispositivo de enfriamiento.
Un motor eléctrico de este tipo se describe, por ejemplo, en los documentos US6891290 y EP0387743.
Sin embargo, la arquitectura de un motor eléctrico de este tipo implica que el circuito de enfriamiento secundario del rotor atraviese el circuito de enfriamiento primario del estator. Esta intersección de los dos circuitos impide la eficacia del enfriamiento del circuito de enfriamiento primario, porque el volumen total del circuito de enfriamiento primario debe limitarse para permitir que el circuito de enfriamiento secundario pase.
Uno de los objetivos de la invención es proponer un motor eléctrico que comprenda circuitos de enfriamiento que permitan un enfriamiento eficaz y sencillo del estator y del rotor del motor eléctrico.
A tal efecto, la invención tiene como su objeto un motor eléctrico, que incluye
- una carcasa que define un volumen interno en el que se alojan un rotor y un estator,
- al menos un circuito de enfriamiento primario que pasa a través del estator, que comprende una entrada primaria y una salida primaria en comunicación fluídica con el exterior de la carcasa, un fluido de gas que se origina desde el exterior de la carcasa que penetra por dicha entrada primaria destinado a circular en dicho circuito de enfriamiento primario y salir de dicho circuito por dicha salida primaria,
- al menos un dispositivo de enfriamiento exterior a la carcasa que comprende una entrada de aire secundaria y una salida de aire secundaria, dicha entrada secundaria y dicha salida secundaria están en comunicación fluídica con el volumen interno de la carcasa, un conducto que conecta dicha entrada secundaria y dicha salida secundaria, que se extiende al menos parcialmente fuera de la carcasa,
- al menos un circuito de enfriamiento secundario, separado del circuito primario, que pasa a través del rotor y en comunicación fluídica con la entrada secundaria y la salida secundaria del dispositivo de enfriamiento, un fluido de gas interno al circuito de enfriamiento secundario destinado a circular en dicho circuito de enfriamiento secundario y en dicho dispositivo de enfriamiento exterior,
el circuito de enfriamiento secundario tiene un canal del circuito de enfriamiento primario que alimenta el estator con el fluido de gas que se origina del exterior de la carcasa que pasa a través de él, el canal pasa transversalmente a través del circuito de enfriamiento secundario para separar un segundo fluido de gas que circula en el circuito de enfriamiento secundario en dos flujos que pasan alrededor del canal, caracterizado porque el canal incluye una sección transversal en forma de cono con un vértice aguas arriba del flujo de gas secundario y una base aguas abajo.
Las ventajas de un motor eléctrico de este tipo son múltiples y se resumen a continuación de forma no exhaustiva. El circuito de enfriamiento primario del estator permite un enfriamiento eficaz del estator del motor eléctrico, lo que permite aumentar la vida útil del motor y/u operar a una potencia superior, debido a que ya no es necesario interrumpir el circuito de enfriamiento primario para permitir que el circuito de enfriamiento secundario pase. Por tanto, se aumenta el volumen total del circuito de enfriamiento primario, de modo que la cantidad de fluido de enfriamiento gaseoso es mayor.
El circuito primario de acuerdo con la invención también permite mejorar el enfriamiento del circuito secundario al permitir tener una segunda zona de intercambio térmico entre el aire exterior y el fluido de gas que circula en el circuito de enfriamiento secundario además de la zona de intercambio térmico que se extiende fuera de la carcasa del motor. De hecho, el intercambio térmico se establece entre el aire procedente del exterior que circula en el circuito de enfriamiento primario y el fluido de gas que circula en el circuito de enfriamiento secundario en el canal del circuito de enfriamiento primario que pasa a través del circuito de enfriamiento secundario.
Ventajosamente, un motor eléctrico de acuerdo con la invención puede incluir una o más de las siguientes características, tomadas solas o en todas las combinaciones técnicamente practicables:
- el canal pasa a través del circuito de enfriamiento secundario principalmente en una dirección sustancialmente paralela a un eje de rotación de un eje del motor;
- el canal se dispone entre la entrada primaria y una parte del circuito de enfriamiento primario que pasa a través del estator;
- un ventilador radial se monta en el eje del motor para acelerar un flujo de gas en el circuito de enfriamiento secundario;
- el ventilador radial permite acelerar simultáneamente un flujo de gas en el circuito de enfriamiento primario y un flujo de gas en el circuito de enfriamiento secundario;
- varios dispositivos de enfriamiento exteriores a la carcasa se disponen alrededor de la carcasa;
- el ventilador se configura para crear una presión en el circuito de enfriamiento secundario que es mayor que la presión en el circuito de enfriamiento primario.
La invención se entenderá mejor al leer la descripción que sigue, dada únicamente a modo de un ejemplo y dada con referencia a los dibujos, en los que:
- la Figura 1 es una vista en sección parcial en la dirección del eje de rotación X-X' del rotor;
- la Figura 2 es una vista en sección parcial a lo largo del plano B-B de la Figura 1.
En las Figuras 1 y 2 se muestra un motor eléctrico 10 de acuerdo con una primera realización de la invención. El motor eléctrico 10 comprende una carcasa 12 que define un volumen interno del motor 10 en el que se alojan un rotor 14 y un estator 16. El rotor 14 se monta integral en rotación sobre un eje de rotación 18 dentro de la carcasa 12 y se monta móvil en rotación alrededor de un eje de rotación X-X' con respecto al estator 16. El estator 16 rodea el rotor 14 paralelo al eje de rotación X-X' dentro de la carcasa 12. Convencionalmente, el rotor 14 y el estator 16 permiten transformar la energía eléctrica en la energía mecánica suministrada por el eje 18 del rotor 14.
De acuerdo con una realización, un circuito de enfriamiento primario 30 incluye una entrada primaria 32 y una salida primaria 34, cada una está en comunicación fluídica con el exterior de la carcasa 12. Lo que se quiere decir con esto es que el aire ambiente es capaz de penetrar en el circuito de enfriamiento primario 30 por la entrada primaria 32 y regresar al exterior por la salida primaria 34. La entrada primaria 32 y la salida primaria 34 se interconectan por al menos un conducto primario 37 que pasa a través del estator 16 y se extiende, por ejemplo, a lo largo de un eje sustancialmente paralelo al eje de rotación X-X'.
El circuito de enfriamiento primario 30, mostrado en la Figura 1, permite que un fluido de gas, es decir, aire ambiente, que se origina fuera de la carcasa 12, se precipite hacia la entrada primaria 32. El fluido de gas externo FE se guía por el circuito de enfriamiento primario 30 a través del volumen interno de la carcasa 12 y más particularmente a través del estator 16 para enfriar este último. De hecho, el conducto primario 37 permite el intercambio térmico entre el fluido de gas externo FE y el estator 16. Finalmente, la salida primaria 34 permite descargar el fluido de gas externo calentado FE hacia el exterior de la carcasa 12. Por tanto, la carcasa 12 y el estator 16 se enfrían mediante el aire ambiente que se origina en el entorno del motor 10.
En la presente descripción, los términos "aguas arriba" y "aguas abajo" se definen con respecto a la dirección de circulación de un flujo de fluido de gas en el motor 10.
Un circuito de enfriamiento secundario 40, mostrado en la Figura 1, comprende al menos un túnel 28. Este túnel 28 se conecta en sus extremos por dos pasos radiales a la entrada 22 y la salida 24 del dispositivo de enfriamiento 20. El túnel 28 se extiende sustancialmente paralelo al eje de rotación X-X' y, por lo tanto, forma al menos una abertura a través del rotor 14.
El circuito 40 se aísla del circuito de enfriamiento primario 30, es decir, no hay comunicación fluídica entre el circuito de enfriamiento primario y el circuito de enfriamiento secundario. Un fluido de gas interior FI llena el circuito de enfriamiento secundario 40. Este fluido de gas, aire, por ejemplo, se aísla del aire ambiente porque no existe comunicación fluídica entre el circuito de enfriamiento secundario y el exterior de la carcasa.
Un dispositivo de enfriamiento 20 exterior a la carcasa 12 se conecta por una entrada de aire secundaria 22 y una salida de aire secundaria 24 al circuito de enfriamiento secundario que se extiende en el volumen interno de la carcasa. La entrada de aire secundaria 22 y la salida de aire secundaria 24 están en comunicación fluídica entre sí y se conectan por un conducto secundario 26.
El eje 18 del rotor 14 se equipa con un ventilador 50 que incluye al menos dos paletas secundarias 54 capaces de circular el fluido de gas interior FI dentro del circuito secundario 40 y el dispositivo de enfriamiento 20. La circulación del fluido de gas se denomina flujo de gas secundario. Las paletas secundarias 54 se sitúan, por ejemplo, aguas arriba de la entrada secundaria 22 del dispositivo de enfriamiento 20 y aguas abajo de la salida secundaria 24 del dispositivo de enfriamiento 20. El ventilador 50 es, por ejemplo, un ventilador radial que se extiende en el volumen interno de la carcasa 12 del motor 10. Por lo tanto, un flujo de gas interior se crea, trayendo el fluido de gas interior FI desde el rotor 14 al dispositivo de enfriamiento 20 y desde el dispositivo de enfriamiento 20 al rotor 14.
La circulación del fluido de gas entre el circuito de enfriamiento secundario 40 y el dispositivo de enfriamiento 20 permite que el fluido de gas interior FI se enfríe en el dispositivo de enfriamiento 20 mediante intercambio térmico entre el interior del dispositivo de enfriamiento 20 y el aire ambiente, luego circula en el rotor 14 para enfriarlo. El fluido de gas interior FI calentado durante su paso a través de al menos un túnel del rotor 14 se envía luego de regreso al dispositivo de enfriamiento externo 20 donde se enfría nuevamente por intercambio térmico con el aire ambiente durante su paso a través del conducto secundario 26 del dispositivo de enfriamiento 20. Por tanto, el rotor 14 se enfría por el fluido de gas interno FI.
De acuerdo con una realización, el ventilador 50 también se dispone para favorecer la circulación de aire en el circuito de enfriamiento primario, por ejemplo por medio de al menos una paleta primaria 52 capaz de crear un flujo de gas primario destinado a circular en el circuito de enfriamiento primario 30. La paleta primaria 52 se sitúa, por ejemplo, aguas abajo de la entrada primaria 32 y aguas arriba del conducto primario 37 del circuito de enfriamiento primario 30. Por tanto, el ventilador 50 permite crear simultáneamente un flujo de gas en el circuito de enfriamiento primario 30 y un flujo de gas en el circuito de enfriamiento secundario 40.
Cada una de las paletas secundarias 54 tiene un diámetro mayor que la paleta primaria 52. Por tanto, la presión dentro del circuito de enfriamiento secundario 40 es mayor que la presión dentro del circuito de enfriamiento primario 30. En este caso, se garantiza el sellado entre el circuito de enfriamiento primario 30 y el circuito de enfriamiento secundario 40.
De acuerdo con la invención, el circuito de enfriamiento secundario 40 tiene un canal 36 del circuito de enfriamiento primario 30, que alimenta el estator 16 con el fluido de gas externo, que pasa a través de él. El canal 36 se entrelaza, por ejemplo, entre la entrada primaria 32 y el conducto 37 que pasa a través del estator 16, es decir, el canal 36 está en comunicación fluídica, por un lado, con la entrada primaria 32 del circuito de enfriamiento primario 30 y, por otro lado, con el conducto 37 que pasa a través del estator 16. Un canal 36 de este tipo permite la intersección del circuito de enfriamiento secundario 40 y el circuito de enfriamiento primario 30 sin tener que interrumpir o reducir el diámetro del circuito de enfriamiento secundario 40. Además, el canal 36 forma una zona de intercambio térmico adicional entre el fluido de gas externo FE que circula en dicho canal 36 del circuito de enfriamiento primario 30, y el fluido de gas interno FI que circula en el circuito de enfriamiento secundario 40 además de la zona de intercambio térmico que se extiende en el dispositivo de enfriamiento 20.
De acuerdo con la realización descrita, el canal 36 tiene un diámetro mayor que un conducto primario 37 del circuito de enfriamiento primario 30. Esto permite alimentar varios conductos primarios 37 del sistema de enfriamiento primario 30 simultáneamente con el fluido de gas externo. El diámetro del conducto primario 37 se comprende, por ejemplo, entre 10 y 50 mm. Por ejemplo, cuarenta conductos primarios 37 se alimentan por el canal 36 del circuito de enfriamiento primario 30.
En este caso, el canal 36 permite una alimentación suficiente de fluido de gas externo para enfriar eficazmente el estator 16 del motor 10.
Como se muestra en la Figura 2, el canal 36 pasa a través del circuito de enfriamiento secundario 40 para separar un flujo de fluido de gas interno en dos flujos que pasan respectivamente sobre un lado del canal 36. Los dos flujos separados de fluido de gas interno se enfrían por tanto por el canal 36.
El canal 36 pasa a través del circuito de enfriamiento secundario 40 principalmente en una dirección sustancialmente paralela al eje de rotación X-X' del eje 18 o del motor 10.
El canal 36 se ubica aguas abajo de la entrada primaria 32 y aguas arriba de al menos un conducto primario 37 del circuito de enfriamiento primario. Por tanto, se garantiza que el fluido de gas externo que pasa a través del canal 36 aún no se calienta por el estator 16 del motor 10. En este caso, el fluido de gas externo puede enfriar el fluido de gas interno por el conducto primario 37.
El canal 36 reduce localmente el volumen del circuito de enfriamiento secundario 40 y crea por tanto un efecto Venturi en el circuito de enfriamiento secundario 40. Debido a este efecto, el flujo del fluido de gas interior FI se acelera en el canal 36, lo que permite un aumento del intercambio térmico entre el canal 36 y el fluido de gas interior FI.
El canal 36 del circuito de enfriamiento primario 30 pasa a través del circuito de enfriamiento secundario 40 aguas
arriba del dispositivo de enfriamiento 20 del circuito de enfriamiento secundario 40. Esto permite que el fluido de gas interno FI del circuito de enfriamiento secundario 40 se enfríe por el canal 36.
De acuerdo con la invención, el canal 36 tiene una sección transversal de forma prismática con un vértice 38 que se extiende aguas arriba del fluido de gas interno FI del circuito de enfriamiento secundario 40 y una base 39 que se extiende aguas abajo de este fluido de gas interno FI, como se muestra en la Figura 2. Por tanto, se reducen las perturbaciones del flujo de gas por el canal 36.
En una segunda realización, no mostrada, varios dispositivos de enfriamiento 20 se disponen alrededor de la carcasa 12 del motor 10. Cada dispositivo de enfriamiento 20 está en comunicación fluídica con el o un circuito de enfriamiento secundario 40. Todos los circuitos de enfriamiento secundarios 40 pasan a través del rotor 14 del motor 10. Por tanto, se incrementa el enfriamiento del motor 10, en particular del rotor 14. Esto permite aumentar el nivel de rendimiento del motor 10, mientras se garantiza el enfriamiento óptimo, eficaz y sencillo.
El enfriamiento total del motor 10 producido por el circuito de enfriamiento primario 30 y por el circuito de enfriamiento secundario 40 tiene al menos una potencia de 12 kW.
La potencia mecánica suministrada por el eje 18 del motor 10 es de al menos 400 kW.
Claims (7)
1. Un motor eléctrico (10), que comprende:
- un bastidor (12) que define un volumen interno en el que se alojan un rotor (14) y un estator (16), - al menos un circuito de enfriamiento primario (30) que atraviesa el estator (16), que comprende una entrada primaria (32) y una salida primaria (34) en comunicación fluídica con el exterior del bastidor (12), un fluido de gas desde el exterior del bastidor (12) que penetra a través de dicha entrada primaria destinado a circular en dicho circuito de enfriamiento primario y salir de dicho circuito a través de dicha salida primaria,
- al menos un dispositivo de enfriamiento (20) fuera del bastidor (12) que comprende una entrada de aire secundaria (22) y una salida de aire secundaria (24), dicha entrada secundaria y dicha salida secundaria están en comunicación fluídica con el volumen interno del bastidor (12), un conducto (26), que conecta dicha entrada secundaria y dicha salida secundaria, que se extiende al menos parcialmente fuera del bastidor (12),
- al menos un circuito de enfriamiento secundario (40), separado del circuito primario (30), que atraviesa el rotor (14) y en comunicación fluídica con la entrada secundaria y la salida secundaria del dispositivo de enfriamiento (20), un fluido de gas interno que se destina al circuito de enfriamiento secundario (40) para circular en dicho circuito de enfriamiento secundario y en dicho dispositivo de enfriamiento exterior, el circuito de enfriamiento secundario (40) se atraviesa por un canal (36) del circuito de enfriamiento primario (30) que suministra al estator (16) con el fluido de gas desde el exterior del bastidor (12), el canal (36) atraviesa transversalmente el circuito de enfriamiento secundario (40) para separar un flujo de gas secundario que fluye en el canal de enfriamiento secundario en dos flujos de gas que fluyen alrededor del canal (36); caracterizado porqueel canal (36) comprende una sección de forma prismática con un vértice (38) girado aguas arriba del fluido de gas secundario y una base (39) girada aguas abajo
2. El motor (10) de acuerdo con la reivindicación 1, en donde el canal (36) atraviesa el circuito de enfriamiento secundario (40) principalmente en una dirección sustancialmente paralela con un eje de rotación (X-X') de un eje (18) del motor (10).
3. El motor (10) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 2, en donde el canal (36) se dispone entre la entrada primaria (32) y una parte del circuito de enfriamiento primario (30) que atraviesa el estator (16).
4. El motor (10) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en donde varios dispositivos de enfriamiento (20) fuera del bastidor (12) se disponen alrededor del bastidor.
5. El motor (10) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en donde un ventilador radial (50) se monta en el eje (18) del motor (10) para acelerar el flujo de gas secundario en el circuito de enfriamiento secundario (40).
6. El motor (10) de acuerdo con la reivindicación 5, en donde el ventilador radial (50) permite la aceleración simultánea de un flujo de gas primario en el circuito de enfriamiento primario (30) y el flujo de gas secundario en el circuito de enfriamiento secundario (40).
7. El motor (10) de acuerdo con la reivindicación 1, en donde el ventilador (50) se configura para hacer circular un flujo de gas primario en el circuito de enfriamiento primario (30) a través de al menos una paleta primaria (52) y hacer circular el flujo de gas secundario en el circuito secundario (40) y en el dispositivo de enfriamiento (20) a través de al menos dos paletas secundarias (54), donde las paletas secundarias (54) tienen cada una un diámetro mayor que el de la paleta primaria (52), de modo que la presión dentro del circuito de enfriamiento secundario (40) es mayor que la presión dentro del circuito de enfriamiento primario (30).
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