FI122472B - Järjestely ja menetelmä sähkökoneen jäähdyttämiseksi - Google Patents

Järjestely ja menetelmä sähkökoneen jäähdyttämiseksi Download PDF

Info

Publication number
FI122472B
FI122472B FI20096342A FI20096342A FI122472B FI 122472 B FI122472 B FI 122472B FI 20096342 A FI20096342 A FI 20096342A FI 20096342 A FI20096342 A FI 20096342A FI 122472 B FI122472 B FI 122472B
Authority
FI
Finland
Prior art keywords
cooling
rotor
stator
coolant
gaseous
Prior art date
Application number
FI20096342A
Other languages
English (en)
Swedish (sv)
Other versions
FI20096342A0 (fi
FI20096342A (fi
Inventor
Petri Maeki-Ontto
Pekka Kanninen
Yrjoe Tyllinen
Original Assignee
Abb Oy
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Abb Oy filed Critical Abb Oy
Publication of FI20096342A0 publication Critical patent/FI20096342A0/fi
Priority to FI20096342A priority Critical patent/FI122472B/fi
Priority to CN201080062274.3A priority patent/CN102725945B/zh
Priority to EP10807441.0A priority patent/EP2514077B1/en
Priority to DK10807441.0T priority patent/DK2514077T3/da
Priority to KR1020127015749A priority patent/KR101365641B1/ko
Priority to US13/516,923 priority patent/US8878404B2/en
Priority to ES10807441.0T priority patent/ES2438515T3/es
Priority to PCT/FI2010/051035 priority patent/WO2011073520A2/en
Publication of FI20096342A publication Critical patent/FI20096342A/fi
Application granted granted Critical
Publication of FI122472B publication Critical patent/FI122472B/fi

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K9/00—Arrangements for cooling or ventilating
    • H02K9/08—Arrangements for cooling or ventilating by gaseous cooling medium circulating wholly within the machine casing
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K9/00—Arrangements for cooling or ventilating
    • H02K9/10—Arrangements for cooling or ventilating by gaseous cooling medium flowing in closed circuit, a part of which is external to the machine casing
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K5/00—Casings; Enclosures; Supports
    • H02K5/04—Casings or enclosures characterised by the shape, form or construction thereof
    • H02K5/20—Casings or enclosures characterised by the shape, form or construction thereof with channels or ducts for flow of cooling medium
    • H02K5/203—Casings or enclosures characterised by the shape, form or construction thereof with channels or ducts for flow of cooling medium specially adapted for liquids, e.g. cooling jackets
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K5/00—Casings; Enclosures; Supports
    • H02K5/04—Casings or enclosures characterised by the shape, form or construction thereof
    • H02K5/20—Casings or enclosures characterised by the shape, form or construction thereof with channels or ducts for flow of cooling medium
    • H02K5/207—Casings or enclosures characterised by the shape, form or construction thereof with channels or ducts for flow of cooling medium with openings in the casing specially adapted for ambient air
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K9/00—Arrangements for cooling or ventilating
    • H02K9/02—Arrangements for cooling or ventilating by ambient air flowing through the machine
    • H02K9/04—Arrangements for cooling or ventilating by ambient air flowing through the machine having means for generating a flow of cooling medium
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K9/00—Arrangements for cooling or ventilating
    • H02K9/19—Arrangements for cooling or ventilating for machines with closed casing and closed-circuit cooling using a liquid cooling medium, e.g. oil
    • 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
    • H02K9/227—Heat sinks
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K1/00—Details of the magnetic circuit
    • H02K1/06—Details of the magnetic circuit characterised by the shape, form or construction
    • H02K1/12—Stationary parts of the magnetic circuit
    • H02K1/20—Stationary parts of the magnetic circuit with channels or ducts for flow of cooling medium
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K1/00—Details of the magnetic circuit
    • H02K1/06—Details of the magnetic circuit characterised by the shape, form or construction
    • H02K1/22—Rotating parts of the magnetic circuit
    • H02K1/32—Rotating parts of the magnetic circuit with channels or ducts for flow of cooling medium

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Motor Or Generator Cooling System (AREA)

Description

JÄRJESTELY JA MENETELMÄ SÄHKÖKONEEN JÄÄHDYTTÄMISEKSI Keksinnön käyttöala
Keksintö kohdistuu patenttivaatimuksen 1 johdanto-osan mukaiseen järjestelyyn sähkökoneen jäähdyttämiseksi, patenttivaatimuksen 7 johdanto-osan mukaiseen sähkökoneeseen ja patenttivaatimuksen 8 johdanto-osan mukaiseen menetelmään sähkökoneen j äähdyttämiseksi.
Tekniikan taso Sähkökoneita jäähdytetään niissä muodostuvan lämmön poistamiseksi. Lämpöä syntyy lähinnä sähkökoneen aktiiviosassa, staattorissa ja roottorissa johtuen magneettisista ja vastushäviöistä.
Kuparihäviöt syntyvät sähkökoneiden käämitysten resistiivisissä johtimissa, kun osa sähkövirrasta muuttuu lämmöksi. Muuttuva magneettivuo synnyttää moottorin ja generaattorin rautaosissa rautahäviöitä, joita ovat pyörrevirtahäviöt sekä hystereesihäviöt.
Lisäksi pyörivissä sähkökoneissa tapahtuu mekaanisia häviöitä, esimerkiksi laakereissa ja hankaushäviöitä mm. turbulenssina roottorin pinnalla.
Koneissa näin syntyvät lämpöhäviöt on johdettava pois, tai koneet jatkavat lämpenemistä niin kauan kunnes tasapaino muodostuvan ja poiskuljetetun lämpöenergian välillä saavutetaan.
δ ^ Sähkökoneet mitoitetaan johonkin eristysluokkaan, ja käämityksen eristeet valitaan si-
OJ
Y ten, että niillä saavutetaan valitussa eristysluokassa kohtuullinen elinikä. Mikäli sähkö- 0 ^ kone joutuu toimimaan liian kuumana esimerkiksi ylikuormituksen tai jäähdytyksen x dl heikkenemisen johdosta, lyhenee sen eristyksen elinikä jyrkästi.
(M
g Pienehköissä, teholtaan alle 1...2 MW sähkökoneissa jäähdytysaineena on useimmiten 01 § ilma. Suuremmissa sähkökoneissa käytetään nestejäädytystä, ja tavallisin jäähdytysnes-
OJ
te on vesi. Usein järjestely on niin, että varsinaisena jäähdytysaineena toimii ilma, joka jäähdytetään vedellä.
2
Nestejäähdytteisissä sähkökoneissa jäähdytysneste ei ole suorassa kosketuksessa jäähdytettävien osien kanssa. Jäähdytysneste tuodaan putkistoa pitkin sähkökoneen sisään, jossa se virtaa suljetuissa putkissa tai kanavissa ja se poistetaan lämmenneenä sähkökoneesta ulos. Jäähdytysainekierto on joko suljettu, jolloin lämmennyt jäähdytysainc jäähdytetään lämmönsiirtimessä ennen sen palauttamista sähkökoneeseen, tai avoin, jolloin lämmennyt jäähdytysaine poistetaan järjestelmästä.
Nestejäähdytyksen lämmönsiirtotehokkuus on ulkopinnalta tapahtuvaan ilmajäähdytyk-seen verrattuna huomattavasti parempi. Nestejäähdytyksen haittapuoli on kuitenkin pieni pinta-ala, jolle jäähdytys voidaan kohdistaa.
Keksinnön kuvaus
Esillä olevan keksinnön tarkoituksena on aikaansaada järjestely ja menetelmä, jolla sähkökonetta jäähdytetään tehokkaasti.
Tämän aikaansaamiseksi keksintö tunnetaan patenttivaatimuksien 1, 7 ja 8 tunnusmerk-kiosan ominaispiirteistä. Keksinnön eräillä muilla edullisilla suoritusmuodoilla on epäitsenäisten patenttivaatimusten tunnusmerkit.
Keksinnön mukaisessa järjestelyssä sähkökoneen jäähdyttämiseksi sähkökone käsittää roottorin ja roottorista ilmavälin päässä oleva staattorin. Roottorissa on ainakin yksi roottorin ensimmäisestä päästä lähtevä akselinsuuntainen jäähdytyskanava, joka yhtyy ainakin kahteen akselinsuunnassa peräkkäiseen oleellisesti roottorin säteensuuntaiseen jäähdytyskanavaan. Staattori on muodostettu levyistä akselinsuunnassa peräkkäisillä osapaketeilla. Staattorissa on kahden osapaketin välissä säteensuuntainen jäähdytys-kanava. Roottorin ja staattorin jäähdytyskanaviin johdetaan kaasumainen j äähdytysaine i roottorin päästä. Staattorin osapaketin ulkopinnalla on enintään staattorin osapaketin ^ mittainen jäähdytysvaippa, johon jäähdytysvaippaan johdetaan nestemäinen jäähdytys- c aine.
CL
CM
^ Keksinnön mukainen sähkökone käsittää roottorin ja roottorista ilmavälin päässä ole- co § van staattorin. Roottorissa on ainakin yksi roottorin ensimmäisestä päästä lähtevä akse- o ^ linsuuntainen jäähdytyskanava, joka yhtyy ainakin kahteen akselinsuunnassa peräkkäi seen oleellisesti roottorin säteensuuntaiseen jäähdytyskanavaan. Staattori on muodos- 3 tettu levyistä akselinsuunnassa peräkkäisillä osapaketeilla. Staattorissa on kahden osa-paketin välissä säteensuuntainen jäähdytyskanava. Roottorin ja staattorin jäähdytys-kanaviin johdetaan kaasumainen jäähdytysaine roottorin päästä. Staattorin osapaketin ulkopinnalla on enintään staattorin osapaketin mittainen jäähdytysvaippa, johon jäähdytys vaipp aan j ohdetaan nestemäinen j äähdyty saine.
Keksinnön mukaisessa menetelmässä sähkökoneen jäähdyttämiseksi sähkökone käsittää roottorin ja roottorista ilmavälin päässä oleva staattorin. Menetelmässä kaasumainen jäähdytysaine johdetaan roottorissa roottorin ensimmäisestä päästä lähtevään akselin-suuntaiseen jäähdytyskanavaan, joka yhtyy ainakin kahteen akselinsuunnassa peräkkäiseen oleellisesti roottorin säteensuuntaiseen jäähdytyskanavaan. Jäähdytysaine johdetaan edelleen staattoriin kahden akselinsuunnassa peräkkäisen osapaketin väliseen säteensuuntaiseen jäähdytyskanavaan. Nestemäinen jäähdytysaine johdetaan staattorin osapaketin ulkopinnalla olevaan enintään staattorin osapaketin mittaiseen jäähdytys-vaippaan.
Keksinnön mukainen ratkaisu on yhdistetty sähkökoneen nestejäähdytys ja säteensuun-taisiin jäähdytyskanaviin perustuva ilmajäähdytys. Roottoria ja vyyhdenpäitä jäähdytet-tään kaasumaisella jäähdytysaineella ja staattoria jäähdytetään sekä kaasumaisella että nestemäisellä jäähdytysaineella. Staattori jäähtyy sekä johtumalla staattoriselkää vasten olevaan jäähdytysvaippaan että konvektiivisesti säteensuuntaisten ilmasolien kautta koneen sisällä kiertävään kaasumaiseen jäähdytysaineeseen.
Keksinnön mukaisessa ratkaisussa staattoria ympäröivä jäähdytysvaippa on rakennettu yhden staattorin osapaketin pituisista moduuleista. Jäähdytysvaippamoduulin kokoja o voidaan vakioida ja siten mahdollistaa edullinen sarjavalmistus.
i
(M
^ Keksinnön erään suoritusmuodon mukaan ainakin kahden akselinsuunnassa peräkkäisen ^ jäähdytysvaipan jäähdytysainekicrrot on kytketty toisiinsa. Jäähdytysvaipat on mahdol-
X
o- lista kytkeä sarjaan, jolloin jäähtynyt nestemäinen jäähdytysaine virtaa ensimmäiseen ^ jäähdytysvaippaan ja sen jälkeen seuraavaan jäähdytysvaippaan. Jäähdytysvaipat voi- g daan kytkeä myös rinnan, jossa jäähtynyt nestemäinen jäähdytysaine jaetaan ensimmäi- oj seen ja toiseen jäähdytysvaippaan. Jäähdytysvaipat on mahdollista kytkeä myös sarjaan ja rinnan. Staattorin jäähdytyksen kannalta on edullista, että staattorin ulkopinta on ta- 4 saisesti katettu jäähdytysvaipalla, jolloin jokaisen staattorin osapaketin ulkopinnalla on jäähdytysvaippa.
Keksinnönmukaisessa jäähdytysjärjestelyssä käytettävä jäähdytysvaippa voi jäähdyttää myös kaasumaista jäähdytysainetta, jolloin erillistä lämmönsiirrintä ei tarvita kaasumaisen jäähdytysaineen suljettuun kiertoon. Tällöin kaasumainen jäähdytysaine johdetaan staattorin säteensuuntaisista kanavista virtaamaan roottorin päähän siten, että se on lämpöä siirtävässä kosketuksessa jäähdytysvaippaan.
Lämmönsiirron tehostamiseksi jäähdytysvaipassa virtaavan nestemäisen jäähdytysaineen ja kaasumaisen jäähdytysaineen välillä jäähdytysvaipan ulkopinta voidaan joko rivottaa tai asentaa sen pinnalle erillisiä ripoja. Jos kaasumaisen jäähdytysaineen jäähdyttämiseen käytetään erillistä lämmönsiirrintä on sen nestemäinen jäähdytysainekierto kytkettävissä sarjaan tai rinnan jäähdytysvaipan kanssa.
Kaasumainen jäähdytysaine voi kiertää sähkökoneessa symmetrisesti tai epäsymmetrisesti. Symmetrisessä jäähdytyksessä kaasumainen jäähdytysainevirta jakautuu kahtia ja jäähdytysaine johdetaan sisään roottoriin sen molemmista päistä. Jäähdytysaine tekee kaksi symmetristä reittiä roottorin ja staattorin läpi ja Epäsymmetrisessä jäähdytyksessä kaasumainen jäähdytysaine virtaa yhtä reittiä roottorin ja staattorin läpi. Epäsymmetrisessä jäähdytyksessä sähkökoneeseen asennetaan puhallin kaasumaisen jäähdytysaineen palauttamiseksi aina samaan sähkökoneen päähän.
Keksinnön erään muun suoritusmuodon mukaan jäähdytysvaipan ulkopinnalle on muodostettu akselinsuuntaisia kanavia kaasumaiselle jäähdytysaineelle, ja kahdessa kehän-o suunnassa vierekkäisessä kanavassa kaasumainen jäähdytysaine virtaa vastakkaisiin cm suuntiin. Tällöin joka toisessa kanavassa kaasumainen jäähdytysaine virtaa koti sähkö- i o koneen ensimmäistä päätä ja joka toisessa kanavassa kohti sähkökoneen toista päätä, x Ratkaisu on edullinen epäsymmetrisessä jäähdytysratkaisussa, jossa kaasumainen jääh- dytysaine tuodaan sähkökoneen ensimmäiseen päähän ja poistetaan toisesta päästä. Siro johtamalla kanavat vierekkäin voidaan epäsymmetrisesti jäähdytetyn sähkökoneen hal- 05 o kaisija pitää samana kuin symmetrisesti jäähdytetyn sähkökoneen.
CM
5
Keksinnönmukainen järjestely ja menetelmä on edullinen nopeasti pyörivälle kesto-magneetein varustetulle sähkökoneelle, koska kylmä kaasumainen jäähdytysaine saadaan jäähdyttämään kestomagneetit sisältävää roottoria.
Piirustusten kuviot
Keksintöä kuvataan seuraavassa yksityiskohtaisemmin sen eräiden suoritusmuotojen avulla viitaten oheisiin piirustuksiin, joissa - Kuvio 1 esittää sähkökoneen symmetristä jäähdytysjärjestelyä; - Kuvio 2 esittää sähkökoneen epäsymmetristä jäähdytysjärjestelyä; - Kuvio 3 esittää kaasumaisen jäähdytysaineen kanavointijärjestelyä. Yksityiskohtainen kuvaus
Kuvioissa esitetty sähkökone 1 on kestomagnetoitu moottori tai generaattori. Kuvioissa 1 ja 2 on esitetty poikkileikkaus sähkökoneesta ja järjestely sähkökoneen jäähdyttämiseksi.
Sähkökone 1 käsittää roottorin 2 ja roottorista 2 ilmavälin 3 päässä oleva staattorin 4. Staattorin 4 ulkopinnan 12 ympärillä on sähkökoneen runko 5. Roottorissa 2 on roottorin ensimmäisestä päästä 6a lähteviä akselinsuuntaisia jäähdytyskanavia 7. Jäähdytys-kanavat 7 yhtyvät akselinsuunnassa peräkkäisiin oleellisesti roottorin säteensuuntaisiin r jäähdytyskanaviin 8. Säteensuuntaiset jäähdytyskanavat 8 ovat avoimia sähkökoneen 1 o ilmaväliin 3.
CM
CM
o Staattori 4 on muodostettu päällekkäin ladottujen ohuiden levyjen muodostamista staat- x torin osapaketeista 4a-f. Osapaketit 4a-f ovat akselinsuunnassa peräkkäisiä. Osapaketti- Q_ en 4a-f väliin muodostetaan säteensuuntainen jäähdytyskanava 9 jäähdytysaineelle aset- co tamalla solatikku osapakettien 4a-f väliin erottamaan ne toisistaan.
σ> o o
Staattorin 4 osapaketin ulkopinnalla 12 on enintään staattorin 4 osapaketin 4a-f pituinen L jäähdytysvaippa 10a-f, johon johdetaan nestemäinen jäähdytysaine 13. Nestemäinen 6 jäähdytysaine on esimerkiksi vesi. Jäähdytysvaippa 10 a-f ulottuu akselinsuunnassa edullisesti koko matkalta osapaketin 4 a-f ulkopinnalle 12, jotta käyttöön saadaan mahdollisimman paljon osapaketin ulkopintaa lämmönsiirtopinta-alaksi. Jäähdytysvaippa 10 on muodoltaan sylinterimäinen ja jäähdytysvaipan lOa-f sisäpinta 11 vastaa staattorin 4 osapaketin 4a-f ulkopinnan 12 muotoa. Jäähdytysvaipassa lOa-f on ainakin kaksi yh-dettä, toinen nestemäisen jäähdytysaineen 13 meno virtausta varten ja toinen paluuvir-tausta varten. Jäähdytysvaipassa lOa-f kiertävää nestemäistä jäähdytysainetta 13 kierrätetään pumpulla ja jäähdytetään sähkökoneen rungon 5 ulkopuolella lämmönvaihtimes-sa.
Sähkökoneessa 1 roottoria 2 jäähdytetään kaasumaisella jäähdytysaineella ja staattoria 4 jäähdytetään sekä kaasumaisella 15 että nestemäisellä 13 jäähdytysaineella. Kaasumainen jäähdytysaine 15 johdetaan roottorissa 2 roottorin ensimmäisestä päästä 6a lähteviin akselinsuuntaisiin jäähdytyskanaviin 7. Jäähdytyskanavat 7 yhtyvät akselinsuunnassa peräkkäisiin oleellisesti roottorin säteensuuntaisiin r jäähdytyskanaviin 8. Jäähdytysaine 15 kääntyy virtaamaan roottorin säteensuuntaisiin jäähdytyskanaviin 8 kohti roottorin 2 kehää ja ilmaväliä 3. Ilmavälistä jäähdytysainc 15 johdetaan edelleen staattoriin 4 akselinsuunnassa peräkkäisten osapakettien 4a-f välisiin säteensuuntaisiin jäähdytyskanaviin 9, jotka ovat auki staattorin 4 ulkokehälle. Nestemäinen jäähdytysaine 13 johdetaan staattorin 4 osapakettiin ulkopinnoilla oleviin enintään staattorin 4 osapaketin 4a-f mittaisiin L jäähdytysvaippoihin lOa-f
Mahdollisimman tasainen staattorin 4 jäähdytys aikaansaadaan kytkemällä jäähdytys-vaippojen 1 Oa-f jäähdytys ainekierrot rinnan. Tällöin sähkökoneen 1 runkoon muodoste-cm taan esimerkiksi kaksi yhdettä 14 nestemäiselle jäähdytysaineelle 13, ja rungon sisäpuo- i
Tj- lella yhteistä 14 muodostetaan meno-ja paluujakotukit. Jokainen jäähdytysvaippa lOa-f cm kytketään meno- ja paluujakotukkiin. Tällöin jokaisen jäähdytysvaipan 10 a-f jäähdy- g tysainekierto on riippumaton toisen jäähdytysvaipan 1 Oa-f jäähdytysainckicrrosta.
CM
sr co Jäähdytysvaippojen lOa-f nestemäiset jäähdytysainekierrot on mahdollista myös kytkeä o toisiinsa. Kuvioissa 1 nestemäinen jäähdytysaine 13 tuodaan sähkökoneen molempiin päihin roottorin päitä 6a-b lähinnä oleviin jäähdytysvaippoihin 10a, lOf sähkökoneen 1 runkoon 5 tehtyjen yhteiden 14 kautta. Jäähdytysvaippojen 10a, lOf jäähdytysainekierto 7 on kytketty akselinsuunnassa seuraavaan jäähdytysvaippaan 10b esimerkiksi putkella tai letkulla 22. Jäähdytysaine 13 poistetaan staattorin 4 keskeltä akselinsuunnassa keskimmäisistä jäähdytysvaipoista 10c, lOd sähkökoneen 1 runkoon 5 tehtyjen yhteiden kautta.
Kuvioissa 2 nestemäinen jäähdytysaine 13 tuodaan roottorin ensimmäistä päätä 6a lähinnä olevaan jäähdytysvaippaan 10a sähkökoneen 1 runkoon 5 tehdyn yhteen kautta. Jäähdytysvaipan 10a jäähdytysainekierto on kytketty akselinsuunnassa seuraavaan jäähdytysvaippaan 10b esimerkiksi putkella tai letkulla 22. Jäähdytysaine 13 poistetaan roottorin toisessa päässä 6b olevasta, akselinsuunnassa viimeisestä jäähdytysvaipasta lOf sähkökoneen 1 runkoon 5 tehdyn yhteen kautta.
Staattorin 4 mittaisista jäähdytysainevaipoista lOa-f on muodostettavissa myös yhtenäi-sempiä jäähdytysvaippakokonaisuuksia. Jäähdytysainevaipat lOa-f voidaan kytkeä toisiinsa kanavilla jäähdytysvaippojen lOa-f akselinsuunnassa olevista päistä useasta kohdasta siten, että jäähdytysaine virtaus jäähdytysvaipasta lOa-f toiseen on mahdollinen. Tällöin staattorin säteensuuntaisten jäähdytyskanavien 9 kohdalle muodostetaan staattorin 4 kehänsuunnassa pitkänomaiset aukot. Aukot rajautuvat akselinsuunnassa jäähdytysvaippojen lOa-f päihin ja kehänsuunnassa jäähdytysainekanaviin.
Kuviossa 1 kaasumainen jäähdytysaine 15 johdetaan roottoriin 2 roottorin molemmista päistä 6a-b ja poistetaan staattorin 4 keskeltä. Jäähdytysratkaisu on symmetrinen, jolla saavutetaan sähkökoneen vyyhdenpäille 21 tehokas jäähdytys.
Kuviossa 2 kaasumainen jäähdytysaine 15 johdetaan roottoriin 2 puhaltimen 20 avulla cm roottorin ensimmäisestä päästä 6a. Kaasumainen jäähdytysaine 15 virtaa roottorista 2 i Y säteensuuntaisia jäähdytyskanavia 8 pitkin sähkökoneen 1 ilma väliin 3 ja edelleen staat- cm torin 4 säteensuuntaisia jäähdytyskanavia 9 pitkin staattorin ulkopinnalle 12. Kaasu- c mainen jäähdytysaine 15 virtaa jäähdytysvaipan lOa-f ulkopinnalle 16 muodostetussa cm akselinsuuntaisessa kanavassa 18a staattorin 4 toiseen päähän. Kaasumainen jäähdytys- S aine 15 ohjataan takaisin roottorin 2 ensimmäiseen päähän 6a akselinsuuntaisessa kana- o vassa 18b, joka on säteensuunnassa r edellisen kanavan 18a yläpuolella. Kanavat 18a, 18b ovat säteensuunnassa r päällekkäin. Jäähdytysratkaisu on epäsymmetrinen.
8
Kuvioissa 1-3 roottorissa 2 ja staattorissa 4 lämmennyt kaasumainen jäähdytysaine 15 jäähdytetään jäähdytysvaipoilla lOa-f. Jäähdytysvaipan lOa-f ulkopinnalla 16 on ripoja 17 jäähdytysvaipan lOa-f ja kaasumaisen jäähdytysaineen 15 välisen lämmönsiirron tehostamista varten.
Kuvio 3 esittää jäähdytysvaipan ulkopinnalle 16 muodostettuja vierekkäisiä akselinsuun-taisia kanavia 19a, b kaasumaiselle jäähdytysaineelle 15.
Akselinsuuntaiset kanavat 19a, b jatkuvat yhtenäisinä osapaketeista 4a-f muodostetun staattorin 4 koko pituudelta. Kahdessa kehänsuunnassa vierekkäisessä kanavassa 19a, b kaasumainen jäähdytysaine 15 virtaa vastakkaisiin suuntiin. Ratkaisu on edullinen epäsymmetrisessä jäähdytysratkaisussa, jossa kaasumainen jäähdytysaine 15 tuodaan sähkökoneen 1 ensimmäiseen päähän ja poistetaan toisesta päästä.
Kanava 19a, menokanava, jossa kaasumaisen jäähdytysaineen 15 virtaus on ensimmäisestä päästä 6a toiseen päähän 6b on pohjastaan auki staattorin säteensuuntaisten jääh-dytyskanavien kohdalta 9, jotta jäähdytysaine 15 voi virrata kanavaan 19a. Kanava 19b, paluukanava, jossa kaasumaisen jäähdytysaineen virtaus on toisesta päästä 6b ensimmäiseen päähän 6a on suljettu staattorin säteensuuntaisten jäähdytyskanavien kohdalta 9, jotta jäähdytysaine 15 virtaa ensimmäiseen päähän 6a. Meno-ja paluukanavat 19a, b on yhdistetty toisiinsa sähkökoneen toisessa päässä.
r- Kaasumainen jäähdytysaine 15 voidaan myös johtaa erilliseen lämmönsiirtimeen, jossa cv se luovuttaa lämpönsä lämmönsiirtimessä virtaavaan jäähdytysaineeseen.
cv o cv x Osaluettelo: 1 sähkökone; 2 roottori; 3 ilmaväli; 4 staattori; 4a-f staattorin osapaketti; 5 cc runko; 6a-b roottorin pää; 7 jäähdytyskanava; 8 säteensuuntainen jäähdytyskanava; 9 cv ^ staattorin säteensuuntainen jäähdytyskanava; lOa-f jäähdytysvaippa; 11 jäähdytysvaipan
CD
o sisäpinta; 12 staattorin ulkopinta; 13 nestemäinen jäähdytysaine; 14 yhde; 15 kaasumai- o nen jäähdytysaine; 16 jäähdytysvaipan ulkopinta; 17 ripa; 18a, b kanava; 19a, b kanava; 20 puhallin; 21 vyyhdenpää; 22 putki; L pituus; r säteensuunta.

Claims (10)

1. Järjestely sähkökoneen jäähdyttämiseksi, jossa sähkökone (1) käsittää roottorin (2) ja roottorista (2) ilmavälin (3) päässä oleva staattorin (4), ja roottorissa (2) on ainakin yksi roottorin ensimmäisestä päästä (6a) lähtevä akselinsuuntainen jääh-dytyskanava (7), joka jäähdytyskanava (7) yhtyy ainakin kahteen akselinsuun-nassa peräkkäiseen oleellisesti roottorin säteensuuntaiseen (r) jäähdytyskanavaan (8), ja staattori (4) on muodostettu levyistä akselinsuunnassa peräkkäisillä osa-paketeilla (4a-f), ja jossa staattorissa (4) on kahden osapaketin (4a-f) välissä sä-teensuuntainen (r) jäähdytyskanava (9), ja roottorin (2) ja staattorin (4) jäähdy-tyskanaviin (7, 8, 9) johdetaan kaasumainen jäähdytysaine (15) roottorin päästä (6a), tunnettu siitä että, staattorin osapaketin (4a-f) ulkopinnalla (12) on enintään staattorin osapaketin (4a-f) mittainen (L) jäähdytysvaippa (10a-f), johon jäähdytysvaippaan (10a-f) johdetaan nestemäinen jäähdytysaine (13).
2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen järjestely, tunnettu siitä että, ainakin kahden akselinsuunnassa peräkkäisen jäähdytysvaipan (lOa-f) jäähdytysainekierrot on kytketty toisiinsa.
3. Jokin patenttivaatimusten 1 tai 2 mukainen järjestely, tunnettu siitä että, kaasumainen jäähdytysaine (15) jäähdytetään jäähdytysvaipalla (lOa-f).
^ 4. Patenttivaatimuksen 3 mukainen järjestely, tunnettu siitä että, jäähdytysvaipan o ^ (1 Oa-f) ulkopinnalla (16) on rivotus (17) kaasumaisen jäähdytysaineen (15) jääh- CNJ V dytystä varten. 0 CM
5. Jokin patenttivaatimusten 1-4 mukainen järjestely, tunnettu siitä että, kaasu- CL mainen jäähdytysaine (15) johdetaan roottoriin (2) roottorin molemmista päistä S (6a, b). 01 o «m
6. Jokin patenttivaatimusten 1-4 mukainen järjestely, tunnettu siitä että, jäähdy tysvaipan ulkopinnalle (16) on muodostettu akselinsuuntaisia kanavia (19a, b) kaasumaiselle jäähdytysaineelle, ja kahdessa kehänsuunnassa vierekkäisessä kanavassa (19a, b) kaasumainen jäähdytysaine (15) virtaa vastakkaisiin suuntiin.
7. Sähkökone, joka sähkökone (1) käsittää roottorin (2) ja roottorista (2) ilmavälin (3) päässä oleva staattorin (4), ja roottorissa (2) on ainakin yksi roottorin ensimmäisestä päästä lähtevä akselinsuuntainen jäähdytyskanava (7), joka jäähdy-tyskanava (7) yhtyy ainakin kahteen akselinsuunnassa peräkkäiseen oleellisesti roottorin säteensuuntaiseen (r) jäähdytyskanavaan (8), ja staattori (4) on muodostettu levyistä akselinsuunnassa peräkkäisillä osapaketeilla (4a-f), ja jossa staattorissa (4) on kahden osapaketin (4a-f) välissä säteensuuntainen jäähdytys-kanava (9), ja roottorin (2) ja staattorin (4)jäähdytyskanaviin (7, 8, 9) johdetaan kaasumainen jäähdytysaine (15) roottorin päästä (6a), tunnettu siitä että, staattorin osapaketin (4a-f) ulkopinnalla (12) on enintään staattorin osapaketin (4a-f) mittainen (L) jäähdytysvaippa (lOa-f), johon jäähdytysvaippaan (lOa-f) johdetaan nestemäinen jäähdytysaine (13).
8. Menetelmä sähkökoneen jäähdyttämiseksi, joka sähkökone (1) käsittää roottorin (2) ja roottorista (2) ilmavälin (3) päässä oleva staattorin (4), ja jossa menetelmässä kaasumainen jäähdytysaine (15) johdetaan roottorissa (2) roottorin ensimmäisestä päästä (6a) lähtevään akselinsuuntaiseen jäähdytyskanavaan (7), joka j äähdytyskanava (7) yhtyy ainakin kahteen akselinsuunnassa peräkkäiseen oleellisesti roottorin säteensuuntaiseen (r) jäähdytyskanavaan (8), ja jäähdytys-aine (15) johdetaan edelleen staattoriin (4) kahden akselinsuunnassa peräkkäisen osapaketin (4a-f) väliseen säteensuuntaiseen jäähdytyskanavaan (9), tunnettu >- siitä että, nestemäinen jäähdytysaine (13) johdetaan staattorin osapaketin (4a-f) o cm ulkopinnalla (12) olevaan enintään staattorin osapaketin (4a-f) mittaiseen (L) CM 7 jäähdytysvaippaan (lOa-f). o C\l
9. Patenttivaatimuksen 8 mukainen menetelmä, tunnettu siitä että, nestemäinen cc CL. jäähdytysaine (13) johdetaan ensimmäiseen jäähdytysvaippaan (lOa-f), ja en-co simmäisestä jäähdytysvaipasta (lOa-f) toiseen akselinsuunnassa peräkkäiseen o jäähdytysvaippaan (lOa-f). CM
10. Jokin patenttivaatimuksen 8-9 mukainen menetelmä, tunnettu siitä että, kaasumainen jäähdytysaine (15) johdetaan staattorin säteensuuntaisista kanavista (9) virtaamaan roottorin (2) päähän siten, että kaasumainen jäähdytysaine (15) on lämpöä siirtävässä kosketuksessa jäähdytysvaippaan (lOa-f). δ (M i (M O (M X en CL (M CO CD O) O o CM
FI20096342A 2009-12-17 2009-12-17 Järjestely ja menetelmä sähkökoneen jäähdyttämiseksi FI122472B (fi)

Priority Applications (8)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FI20096342A FI122472B (fi) 2009-12-17 2009-12-17 Järjestely ja menetelmä sähkökoneen jäähdyttämiseksi
KR1020127015749A KR101365641B1 (ko) 2009-12-17 2010-12-15 전기 기기의 냉각 장치 및 방법
EP10807441.0A EP2514077B1 (en) 2009-12-17 2010-12-15 Arrangement and method for cooling an electrical machine
DK10807441.0T DK2514077T3 (da) 2009-12-17 2010-12-15 Indretning og fremgangsmåde til køling af en elektrisk maskine
CN201080062274.3A CN102725945B (zh) 2009-12-17 2010-12-15 用于冷却电机的装置和方法
US13/516,923 US8878404B2 (en) 2009-12-17 2010-12-15 Arrangement and method for cooling an electrical machine
ES10807441.0T ES2438515T3 (es) 2009-12-17 2010-12-15 Acuerdo y método para enfriar una máquina eléctrica
PCT/FI2010/051035 WO2011073520A2 (en) 2009-12-17 2010-12-15 Arrangement and method for cooling an electrical machine

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FI20096342A FI122472B (fi) 2009-12-17 2009-12-17 Järjestely ja menetelmä sähkökoneen jäähdyttämiseksi
FI20096342 2009-12-17

Publications (3)

Publication Number Publication Date
FI20096342A0 FI20096342A0 (fi) 2009-12-17
FI20096342A FI20096342A (fi) 2011-06-18
FI122472B true FI122472B (fi) 2012-02-15

Family

ID=41462803

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
FI20096342A FI122472B (fi) 2009-12-17 2009-12-17 Järjestely ja menetelmä sähkökoneen jäähdyttämiseksi

Country Status (8)

Country Link
US (1) US8878404B2 (fi)
EP (1) EP2514077B1 (fi)
KR (1) KR101365641B1 (fi)
CN (1) CN102725945B (fi)
DK (1) DK2514077T3 (fi)
ES (1) ES2438515T3 (fi)
FI (1) FI122472B (fi)
WO (1) WO2011073520A2 (fi)

Families Citing this family (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DK2660955T3 (da) * 2012-05-02 2019-08-26 Abb Schweiz Ag En elektrisk maskine
WO2014039155A2 (en) * 2012-09-06 2014-03-13 Carrier Corporation Motor rotor and air gap cooling
DE112014003250A5 (de) * 2013-07-12 2016-04-14 Schaeffler Technologies AG & Co. KG Elektrische Maschine
CN103595189B (zh) * 2013-11-05 2016-01-13 北京交通大学 敷设于定子通风沟的环状水内冷结构
EP2887499B1 (en) * 2013-12-18 2017-06-28 Siemens Aktiengesellschaft Stator insulation for cold magnets
CA2894351C (en) * 2014-06-10 2021-10-12 Earl Fairall High-speed high-power switched reluctance machine
JP2016025674A (ja) * 2014-07-16 2016-02-08 東芝三菱電機産業システム株式会社 回転電機および回転子
DE102016204794A1 (de) * 2016-03-23 2017-09-28 Thyssenkrupp Ag Rotorsegment einer elektrischen Maschine
DE102016112251A1 (de) 2016-07-05 2018-01-11 Dr. Ing. H.C. F. Porsche Aktiengesellschaft Elektromaschine mit einer Kühlvorrichtung
TWI671981B (zh) 2017-03-24 2019-09-11 美商江森自控技術公司 具有冷卻流路的冷卻器馬達
US20190309644A1 (en) * 2018-04-10 2019-10-10 Elysium Solutions LLC Electrical power generation assembly having recovery gas efficiency
CN109149828B (zh) 2018-08-30 2020-04-07 新疆金风科技股份有限公司 槽楔元件、定子装置、电机及风力发电机组
CN109412339B (zh) * 2018-09-06 2020-04-28 新疆金风科技股份有限公司 电机及风力发电机组
DE102019100907A1 (de) * 2019-01-15 2020-07-16 Gkn Sinter Metals Engineering Gmbh Elektrischer Motor
CN109831054B (zh) * 2019-03-15 2024-03-12 广东索特能源科技有限公司 一种具有冷却系统的电机
CN110474485A (zh) * 2019-07-17 2019-11-19 南京师范大学 一种高速电机冷却系统
JP7302464B2 (ja) * 2019-12-19 2023-07-04 トヨタ自動車株式会社 回転電機
EP3940929A1 (en) * 2020-07-16 2022-01-19 General Electric Renovables España S.L. Cooling of electrical machines
JP7487644B2 (ja) * 2020-11-05 2024-05-21 トヨタ自動車株式会社 回転電機の冷却構造

Family Cites Families (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1813190U (de) 1959-02-27 1960-06-15 Siemens Schukkertwerke Ag Flussigkeitsgekuehlte elektrische maschine.
DE1231797B (de) * 1964-12-04 1967-01-05 Continental Elektro Ind Ag Innenbelueftete elektrische Maschine mit Wasserrueckkuehlung der Innenluft
US3531668A (en) 1969-02-10 1970-09-29 Caterpillar Tractor Co Induction motor having cooling arrangement
JPS6166542A (ja) 1984-09-07 1986-04-05 Mitsubishi Electric Corp 回転電機の通風冷却装置
DE3724186A1 (de) 1987-07-17 1989-01-26 Siemens Ag Elektrische maschine mit geschlossenem kuehlkreislauf
US5633543A (en) * 1994-12-12 1997-05-27 General Electric Co. Pressure equalizer and method for reverse flow ventilated armature in power generator
US5939805A (en) * 1995-04-18 1999-08-17 General Electric Canada Inc Stator shield for a fanless salient pole machine
US6222289B1 (en) 1995-06-05 2001-04-24 Tempco Electric Heater Corp. Electric motor housings with integrated heat removal facilities
JP2000308311A (ja) * 1999-04-14 2000-11-02 Hitachi Ltd 回転電機
DE19960727A1 (de) 1999-12-16 2001-06-21 Baumueller Nuernberg Gmbh Ständer für eine elektrische Maschine
CA2324696C (en) * 2000-10-26 2008-06-10 General Electric Canada Inc. Dynamoelectric machine rotor ventilation
DE10122425B4 (de) 2001-05-09 2006-06-01 Siemens Ag Elektrische Maschine
US6703729B2 (en) * 2001-08-15 2004-03-09 General Electric Company Reverse flow stator ventilation system for superconducting synchronous machine
DE10154156A1 (de) 2001-11-03 2003-05-15 Bosch Gmbh Robert Luftgekühlte elektrische Maschine
US7348697B2 (en) * 2004-09-09 2008-03-25 Siemens Energy & Automation, Inc. System for ventilating a motor
US20100176670A1 (en) * 2009-01-12 2010-07-15 Power Group International Corporation Machine cooling scheme
EP2403115A1 (en) * 2009-02-27 2012-01-04 Hitachi, Ltd. Permanent magnet generator
US8362661B2 (en) * 2010-10-06 2013-01-29 General Electric Company Ventilated rotor and stator for dynamoelectric machine

Also Published As

Publication number Publication date
US8878404B2 (en) 2014-11-04
KR20120084800A (ko) 2012-07-30
KR101365641B1 (ko) 2014-02-21
WO2011073520A3 (en) 2012-06-07
EP2514077B1 (en) 2013-10-02
ES2438515T3 (es) 2014-01-17
WO2011073520A2 (en) 2011-06-23
FI20096342A0 (fi) 2009-12-17
CN102725945A (zh) 2012-10-10
CN102725945B (zh) 2015-11-25
DK2514077T3 (da) 2013-12-02
EP2514077A2 (en) 2012-10-24
US20130009496A1 (en) 2013-01-10
FI20096342A (fi) 2011-06-18

Similar Documents

Publication Publication Date Title
FI122472B (fi) Järjestely ja menetelmä sähkökoneen jäähdyttämiseksi
CN109155558B (zh) 电机以及具有该电机的车辆
US3597645A (en) Liquid cooling system for stacks of stator laminations of electrical machinery
EP2135344B1 (en) Cooling an electrical machine
FI123660B (fi) Sähkökoneen jäähdytysjärjestelmä
BR102016007559B1 (pt) Máquina elétrica e método de resfriamento de uma máquina elétrica
JP4212336B2 (ja) 超伝導同期機械のためのロータ・ステータ間のテーパ状エアギャップ
US20100176670A1 (en) Machine cooling scheme
US6239518B1 (en) AC generator for vehicle
US11355976B2 (en) Integral fluid cooling of electrical machine
CN107925305B (zh) 用于电动机器的冷却系统
EP1367697B1 (en) Electric rotating machine
JP2016036234A (ja) 回転電機
JP2016220395A (ja) 回転電機
WO2016177933A1 (en) An end-shield for an electric machine
WO2022163603A1 (ja) 磁気ギアード電気機械及びこれを用いた発電システム
CN109951024A (zh) 定子及包括其的电机
CN112072855B (zh) 一种电机
RU2309512C1 (ru) Способ охлаждения электрической машины и электрическая машина
KR101518977B1 (ko) 초전도 회전기용 공심형 전기자코일의 자기냉동식 냉각구조
US11967877B2 (en) Rotating electric machine
CN116134703A (zh) 电机的冷却式转子
RU2692781C1 (ru) Электрическая машина с переменной системой охлаждения
KR101758989B1 (ko) 발전기용 로터 어셈블리
JP7082957B2 (ja) 回転子冷却構造およびタービン発電機

Legal Events

Date Code Title Description
PC Transfer of assignment of patent

Owner name: ABB TECHNOLOGY AG

MM Patent lapsed