ES2928063T3

ES2928063T3 - Refrigeración de motor eléctrico

Info

Publication number: ES2928063T3
Application number: ES08251537T
Authority: ES
Inventors: Robert Telakowski
Original assignee: Hamilton Sundstrand Corp
Current assignee: Hamilton Sundstrand Corp
Priority date: 2007-06-12
Filing date: 2008-04-28
Publication date: 2022-11-15
Anticipated expiration: 2028-04-28
Also published as: EP3252932A2; US7732953B2; EP3252932B1; JP2008312439A; EP2003765A2; EP2003765A3; EP2003765B1; US20080309175A1; JP4767285B2; ES2929661T3; EP3252932A3

Abstract

Se proporciona un sistema de enfriamiento de motor eléctrico que incluye una carcasa (16) y una primera (40) y una segunda fuente de enfriamiento que son diferentes entre sí respectivamente para proporcionar flujos de enfriamiento primero y segundo. Un estator (14) está montado en la carcasa y recibe el primer flujo de refrigeración. un rotor (12) es giratorio con respecto al estator y recibe el segundo flujo de enfriamiento. En los ejemplos, la carcasa soporta un cojinete liso (22) sobre el cual se apoya el rotor, y el segundo flujo de enfriamiento fluye a través del cojinete liso. El primer flujo de enfriamiento lo proporciona una fuente de baja presión, como el aire comprimido, y el segundo flujo de enfriamiento lo proporciona una fuente de alta presión, como el aire sangrado, por ejemplo. Se proporciona un espacio circunferencial entre el rotor y el estator. En un ejemplo, se dispone un sello entre el alojamiento y un estator para proporcionar una cavidad en comunicación fluida con el cojinete liso y el espacio. El flujo de enfriamiento del cojinete liso pasa a través de la cavidad y al espacio para enfriar el rotor. En otro ejemplo, el rotor incluye imanes espaciados circunferencialmente que proporcionan espacios. Los espacios están dispuestos en el interior de una superficie exterior del rotor. Un pasaje está en comunicación con los espacios y portando diario. El segundo flujo de enfriamiento del cojinete liso pasa a través del pasaje y dentro de los espacios para enfriar el rotor. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Refrigeración de motor eléctrico

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

Esta invención se refiere a un motor eléctrico que comprende un sistema de refrigeración de motor eléctrico que se utiliza, por ejemplo, en aplicaciones aeronáuticas.

En muchas aplicaciones de motores, se requiere una refrigeración significativa para mantener el motor dentro de temperaturas aceptables. Un motor eléctrico incluye un estator fijo que acciona rotacionalmente un rotor. El estator normalmente se refrigera mediante el flujo de aire a través de ranuras ubicadas en un diámetro exterior del estator. El rotor del motor generalmente se refrigera proporcionando aire a un hueco, que separa el estator y el rotor. Normalmente, el aire proporcionado al estator y al rotor se origina en la misma fuente. A menudo, se utiliza aire sangrado refrigerado a alta presión como fuente de refrigeración del motor, lo que reduce el rendimiento del motor.

El documento US 2007/018516 A1 divulga un sistema de refrigeración de motor que comprende primeros y segundos pasajes de flujo de refrigeración. El primer pasaje de flujo de refrigeración recibe aire sangrado a alta presión de un compresor, y refrigera el rotor del motor a través de un hueco entre el rotor y el eje sobre el cual se apoya el rotor. El segundo pasaje de flujo de refrigeración recibe aire ambiental y refrigera el estator y el hueco entre el estator y el rotor haciendo fluir aire entre el estator y la carcasa del motor ya través del hueco entre el estator y el rotor.

El documento US 2006/0061222 A1 también divulga un sistema de refrigeración de motor que comprende primeros y segundos pasajes de flujo de refrigeración. Ambos pasajes extraen aire de la cara de alta presión de un conducto de aire dinámico de un motor de turbina. El primer pasaje de flujo de refrigeración transporta un flujo de aire configurado para refrigerar el estator del motor. El segundo pasaje de flujo de refrigeración transporta un flujo de aire configurado para refrigerar los cojinetes de empuje y los cojinetes lisos que soportan el rotor del motor.

El tamaño del hueco entre el estator y el rotor afecta al rendimiento del motor. El hueco se minimiza para proporcionar un mejor rendimiento y eficiencia para el motor. Sin embargo, minimizar el hueco restringe el flujo de aire de refrigeración, lo que dificulta la refrigeración del rotor. A altas velocidades de rotación, las fuerzas viscosas entre el estator y el rotor crean una alta impedancia en el hueco. Como resultado, se requiere aire a alta presión para forzar el flujo de refrigeración a través del hueco. Las ranuras de refrigeración en el diámetro exterior del estator, sin embargo, típicamente no requieren esta alta presión para forzar el flujo de refrigeración a través de las ranuras. Como resultado, la eficiencia global de la disposición de refrigeración sufre al proporcionar aire a alta presión innecesario al estator.

Lo que se necesita es una disposición de refrigeración que no afecte negativamente al rendimiento y la eficiencia del motor ni sobrecargue la fuente de refrigeración.

RESUMEN DE LA INVENCIÓN

Según la presente invención, un motor eléctrico que comprende un sistema de refrigeración de motor eléctrico como se describe en la reivindicación 1. El motor eléctrico comprende: primeras y segundas fuentes de refrigeración que tienen presiones diferentes la una de la otra y que proporcionan respectivamente primeros y segundos flujos de refrigeración; un estator montado en una carcasa y que recibe el primer flujo de refrigeración; y un rotor giratorio con respecto al estator. El rotor está soportado para la rotación con respecto al estator mediante cojinetes lisos montados en la carcasa. La primera fuente de refrigeración está a una presión más baja que la segunda fuente de refrigeración, lo que resulta en una presión diferencial. El segundo flujo de refrigeración fluye a través del cojinete liso, y la presión diferencial mueve el segundo flujo de refrigeración a través de un hueco circunferencial dispuesto entre el estator y el rotor, para refrigerar el rotor.

Una junta puede estar dispuesta entre la carcasa y el estator para proporcionar una cavidad en comunicación fluida con el cojinete liso y el hueco. El flujo de refrigeración desde el cojinete liso pasa a través de la cavidad y hacia el hueco para refrigerar el rotor.

En otro ejemplo, el rotor incluye imanes espaciados circunferencialmente que proporcionan espacios. Los espacios están dispuestos en el interior de una superficie exterior del rotor. Un pasaje está en comunicación con los espacios y cojinetes lisos. El segundo flujo de refrigeración desde el cojinete liso pasa a través del pasaje y hacia los espacios entre los imanes para refrigerar el rotor.

En consecuencia, las disposiciones de refrigeración de ejemplo proporcionan un flujo de refrigeración separado para el estator y el rotor, lo que proporciona un uso más eficiente del flujo de refrigeración desde las fuentes de refrigeración sin comprometer la eficiencia del motor al aumentar el hueco. La cantidad, la presión y la temperatura de los flujos de refrigeración al estator y al rotor se pueden controlar de forma independiente.

Estas y otras características de la presente invención se pueden entender mejor a partir de la siguiente memoria descriptiva y los dibujos, que muestran realizaciones de la invención solamente a modo de ejemplo.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS

La figura 1 es una vista en sección transversal parcial de un motor de ejemplo que representa un primer flujo de refrigeración a través de un estator.

La figura 2 es una vista en sección transversal parcial ampliada que ilustra un ejemplo de flujo de refrigeración a través de un hueco entre el estator y un rotor que está separado del flujo de refrigeración que pasa a través de las ranuras en el estator.

La figura 3 es una vista en sección transversal parcial ampliada de otro ejemplo de flujo de refrigeración a través del hueco del rotor que proviene de una fuente distinta a la que fluye a través de las ranuras del estator.

La figura 4 es una vista en sección transversal tomada a lo largo de la línea A-A en la figura 3.

La figura 5 es similar a la figura 2 e incluye un tercer flujo de refrigeración.

La figura 6 es similar a la figura 3 e incluye un tercer flujo de refrigeración.

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA REALIZACIÓN PREFERIDA

En la figura 1 se muestra un motor eléctrico 10. El motor eléctrico 10 se puede usar para accionar un compresor de avión, por ejemplo. El motor 10 incluye un estator 14 montado en una carcasa 16. Un rotor 12 gira alrededor de un eje A con relación al estator 14, como se conoce en la técnica.

El rotor 12 incluye un eje 18 que está soportado por un cojinete liso 22 montado en una primera porción de carcasa 20. Un conjunto de junta 24 está dispuesto entre el eje 18 y la primera porción de carcasa 20. En el ejemplo mostrado, el conjunto de junta 24 es una disposición de junta de filo de cuchillo. El rotor 12 incluye un cubo 26 retenido entre las tapas de extremo 28 que están soportadas por el eje 18. Los imanes 30 están dispuestos circunferencialmente alrededor del cubo 26 y revestidos por un revestimiento 32.

El estator 14 está provisto de bobinados que incluyen vueltas de extremo 34. En el ejemplo, el estator 14 incluye ranuras 36 que se extienden axialmente que proporcionan canales de refrigeración dispuestos entre el estator 14 y una segunda porción de carcasa 38. Una primera fuente de refrigeración 40, tal como aire dinámico, proporciona una fuente de refrigeración de baja presión correspondiente a un primer flujo de refrigeración. El primer flujo de refrigeración fluye a través de una entrada 42 hacia las ranuras 36 y sale por una salida 44. El primer flujo de refrigeración y la primera fuente de refrigeración 40 son ejemplares.

En la figura 2 se muestra un ejemplo de disposición de refrigeración del rotor. Una segunda fuente de refrigeración 46, como el aire sangrado refrigerado de un motor de turbina, proporciona una fuente de refrigeración de mayor presión en relación con la primera fuente de refrigeración 40. La segunda fuente de refrigeración 46 proporciona un segundo flujo de refrigeración utilizado para refrigerar los cojinetes lisos 22. En el ejemplo mostrado, se dispone una junta 48 entre la primera porción de carcasa 20 y las vueltas de extremo 34 del estator 14. La junta 48 puede ser una junta de tipo hoja, una junta tórica o un dispositivo similar, por ejemplo. La junta 48 proporciona una cavidad 50 en una primera cara 52 de las vueltas de extremo 34. Una segunda cara 54 axialmente opuesto a la primera cara 52 está a la presión más baja proporcionada por la primera fuente de refrigeración 40. El diferencial de presión a través de las vueltas de extremo 34 hace que el aire fluya desde la cavidad 50 a través del hueco 56 hacia la segunda cara 54.

Se proporciona un hueco 56 circunferencial entre el rotor 12 y el estator 14. El segundo flujo de refrigeración fluye a través del cojinete liso 22 y se filtra pasando por el conjunto de junta 24, como es típico, entrando en la cavidad 50. El flujo de la cavidad 50 cerrada entra en el hueco 56 para refrigerar el rotor. De esta manera, el flujo de refrigeración de alta presión necesario se puede proporcionar al hueco 56 para refrigerar el rotor, mientras que el estator 14 simplemente recibe un flujo de refrigeración de baja presión, como se ilustra en la figura 1. Como resultado, se usa menos aire sangrado, lo que mejora la eficiencia de la fuente.

En las figuras 3 y 4 se ilustra otro ejemplo de disposición de refrigeración del rotor. Similar a la disposición mostrada en la figura 2, el segundo flujo de refrigeración lo proporciona la segunda fuente de refrigeración 46 y fluye a través del cojinete liso 22, que no se muestra en la figura 3. Se proporciona una abertura 58 aguas arriba del conjunto de junta 24 para permitir que el segundo flujo de refrigeración fluya a través de una porción hueca del eje 18. El cubo 26 incluye imanes 30 espaciados circunferencialmente alrededor del cubo 26. En el ejemplo, se proporcionan espacios 60 que se extienden axialmente entre los imanes 30. El revestimiento 32 se usa típicamente para encerrar los imanes 30, lo que proporciona los espacios 60 que están separados del hueco 56. El revestimiento 32 proporciona una superficie externa del rotor 12 que mira hacia el hueco 56. Un pasaje 62 provisto por el eje 18 en el ejemplo mostrado permite que el segundo flujo de refrigeración fluya a través de los espacios 60 entre los imanes 30 para refrigerar el rotor 12. El segundo flujo de refrigeración puede salir por la cara opuesto del rotor 12 a través de una estructura similar a la estructura a través de la cual entró el segundo flujo de refrigeración. Algún flujo de refrigeración de baja presión utilizado para las ranuras 36 del estator 14 también se puede proporcionar al hueco 56. Esto proporciona redundancia si la fuente de refrigeración de alta presión se ve afectada o comprometida.

En las figuras 5 y 6 se muestra un tercer flujo de refrigeración. En el ejemplo, el tercer flujo de refrigeración lo proporciona una tercera fuente de refrigeración 100, que puede ser igual o diferente a la segunda fuente de refrigeración 46. Una placa de barrera 101 separa los segundos y terceros flujos de refrigeración aguas arriba del rotor 12 y guía el tercer flujo de refrigeración hacia el hueco 56. Dependiendo de la magnitud de los flujos y las presiones, se puede usar el estrangulamiento para controlar el flujo de las fuentes 46, 100. En un ejemplo en el que las segundas y terceras fuentes de refrigeración 46, 100 son las mismas, no se necesita estrangulamiento. El tercer flujo de refrigeración proporciona refrigeración complementaria al segundo flujo de refrigeración, al que se une en el punto 102 en el ejemplo mostrado en la figura 5.

Aunque se ha descrito una realización ejemplar de esta invención, un trabajador con experiencia ordinaria en esta materia reconocería que ciertas modificaciones se encontrarían dentro del alcance de esta invención. Por esta razón, las siguientes reivindicaciones deberían ser estudiadas para determinar el verdadero alcance y contenido de esta invención.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Un motor eléctrico que comprende un sistema de refrigeración de motor eléctrico que comprende:

primeras (40) y segundas (46) fuentes de refrigeración que tienen presiones diferentes la una de la otra y que proporcionan respectivamente primeros y segundos flujos de refrigeración, donde la primera fuente de refrigeración (40) está a una presión más baja que la segunda fuente de refrigeración (46), lo que resulta en una presión diferencial;

un estator (14) montado en una carcasa (16) y que recibe el primer flujo de refrigeración; y

un rotor (120) giratorio con respecto al estator,

donde el rotor está soportado para girar con respecto al estator mediante cojinetes lisos (22) montados en la carcasa, fluyendo el segundo flujo de refrigeración a través del cojinete liso,

y donde la presión diferencial mueve el segundo flujo de refrigeración a través de un hueco (56) circunferencial dispuesto entre el estator y el rotor, para refrigerar el rotor.

2. El motor eléctrico según la reivindicación 1, donde una junta (48) está dispuesta entre la carcasa (16) y el estator (14).

3. El motor eléctrico según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde el rotor (12) incluye imanes (30) que proporcionan espacios (60), recibiendo los espacios el segundo flujo de refrigeración.

4. El motor eléctrico según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde el primer flujo de refrigeración se proporciona a las ranuras (36) del estator (14).

5. El motor eléctrico según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende una tercera fuente de refrigeración (100) que proporciona un tercer flujo de refrigeración, estando el tercer flujo de refrigeración separado del segundo flujo de refrigeración aguas arriba del rotor (12) y fusionándose con el segundo flujo de refrigeración cerca del rotor.

6. El motor eléctrico según la reivindicación 5, donde la segunda (46) y la tercera (100) fuentes de refrigeración son las mismas.

7. Un motor de turbina que comprende un motor eléctrico según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde la segunda fuente de refrigeración (46) es aire sangrado del motor de turbina y/o la primera fuente de refrigeración (40) es aire dinámico.