RU221298U1 - Двухзаходная жидкостная рубашка охлаждения статора электромашины - Google Patents

Abstract

Полезная модель относится к области электротехники и может быть использована в системах охлаждения электрических машин. Техническим результатом является повышение эффективности охлаждения статора электрических машин. Двухзаходная жидкостная рубашка охлаждения статора электромашины выполнена в виде спирального трубчатого элемента из двух ветвей, включающих патрубок входа и патрубок выхода охлаждающей жидкости, и предназначена для установки между статором и корпусом электромашины. Содержит левосторонний и правосторонний патрубки входа. Ветви спирального трубчатого элемента выведены к патрубку выхода, расположенному между левосторонним и правосторонним патрубками входа. В области патрубка выхода расположена матрица штырьков-турбулизаторов. 2 ил.

Description

Полезная модель относится к области машиностроения и может быть использована в системах охлаждения электрических машин.

Известен статор электрической машины с жидкостным охлаждением, содержащий магнитопровод, обмотку и по меньшей мере один охладитель, имеющий по меньшей мере один канал для охлаждающей жидкости, при этом статор электрической машины выполнен беспазовым с тороидальными обмотками, а канал для охлаждающей жидкости выполнен в виде змеевика, расположенного на внутренней и/или внешней поверхности магнитопровода статора с тороидальными обмотками и плотно прилегающий к тороидальным обмоткам. В результате повышается эффективность охлаждения электрических машин, повышается срок службы изоляции обмоток, а также снижается тепловая заметность электрических машин [патент RU 2706802 C1, H02K 1/20 (2006.01), H02K 9/16 (2006.01), опубл. 21.11.2019].

Существенным недостатком аналога является одностороннее протекание охлаждающей жидкости вдоль канала, вызывающее температурную дестабилизацию и деформацию статора из-за разности температур на его концах.

Известно также изобретение встроенного в колесо мотора, снабженного охлаждающими каналами и рубашкой охлаждения, где каналы для охлаждения электромагнитов статора протягиваются вдоль корпуса статора и соединяются с трубопроводом. Каналы охлаждения имеют впускное и выпускное отверстия. Электромагниты размещены вокруг корпуса статора. Каналы делятся на три группы, при этом каналы в каждой группе соединены параллельно и определяют направление потока для охлаждающей жидкости так, что для каждого канала в группе охлаждающая жидкость протекает в одинаковом направлении по окружности корпуса статора от первого конца ко второму концу канала. Одна из групп содержит два или более каналов, при этом группы соединены последовательно. Каждый из круговых охлаждающих каналов сформирован как кольцевой участок, протягивающийся на 180 градусов или более и менее 360 градусов вокруг продольной оси корпуса статора. Посредством предоставления двух или более параллельных каналов по меньшей мере в одной из групп падение давления охлаждающей текучей среды в направлении потока уменьшается, и, следовательно, эффективность охлаждения улучшается [патент RU 2762604 C2, B60K 7/00 (2006.01), H02K 5/20 (2006.01), H02K 9/19 (2006.01), 21.12.2021].

Недостатком данного технического решения является большая неравномерность скорости движения жидкости внутри полости охлаждения, где имеются зоны с «нулевой» скоростью и как следствие этого - низкий отвод тепла от статора, что в свою очередь, согласно патенту, может привести к деформации статора и/или рубашки охлаждения при достижении разницы температур между ними равной 140°C или более, предоставляя возможность электромагнитам скользить поверх рубашки охлаждения или полого корпуса статора.

Известно техническое решение в виде рубашки охлаждения электромашины, имеющей одну или более непрерывных S-образных трубок, покрывающих электромашину, для проведения рабочей текучей среды, при этом каждая непрерывная S-образная трубка по меньшей мере имеет: прямой фрагмент и обратный фрагмент, соответственно протягивающиеся в двух круговых направлениях, которые являются параллельными, но противоположными друг другу; и поворотный фрагмент, соединенный между прямым фрагментом и обратным фрагментом. Когда рубашка охлаждения используется для охлаждения электромашины, температура рабочей текучей среды в S-образных трубках типично увеличивается от одного конца мотора к другому концу электромашины [патент US 2013/0126143 A1, F28F 1/00 (2006.01), опубл. 23.05.2013].

Недостатком данного технического решения является невысокая интенсивность теплоотвода вдоль канала, и связанные с этим существенные перепады температуры на внешней поверхности статора, а также повышенные гидравлические потери, ввиду удлиненного пути протекания охлаждающей жидкости.

Известно охлаждающее устройство для электрической машины, имеющее первый извилистый охлаждающий канал для частичного охвата первой области внешней окружности статора электрической машины, второй извилистый охлаждающий канал, отличающийся от первого для частичного охвата второй области внешней окружности, где первый и второй извилистые охлаждающие каналы образуют полый цилиндр, имеющий ось вращения; первый соединительный канал, расположенный параллельно оси вращения, и второй, соосный с ним, расположены на полом цилиндре, где с первым соединительным каналом соединены притоки первого и второго извилистого канала охлаждения и со вторым соединительным каналом соединены оттоки первого и второго извилистого канала охлаждения [патент DE 102021002993 A1, H02K 9/19 (2006.01), опубл. 22.07.2021].

Недостатком данного устройства являются высокие гидравлические потери, при которых необходимо существенно увеличивать мощность подкачивающего насоса.

Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является рубашка охлаждения статора электромашины, выполненная в виде спирального трубчатого элемента с патрубками входа и выхода охлаждающей жидкости и предназначенная для установки между статором и корпусом электромашины, спиральный трубчатый элемент выполнен в виде двух спиральных ветвей, одна из которых включает входной патрубок с одного торца и витки, выполненные так, что между ними размещены витки второй ветви с выходным патрубком с того же, что и входной патрубок, торца, при этом обе ветви гидравлически соединены между собой с противоположного патрубкам торца [патент RU 169095 U1, H02K 9/19 (2006.01), опубл. 03.03.2017].

Недостатком прототипа является двухстороннее протекание охлаждающей жидкости вдоль канала, вызывающее удлиненный путь охлаждающей жидкости и, как следствие, повышение температуры охлаждающей жидкости на выходном конце канала, также данная реализации конструкции ограничивает поперечную площадь каналов, что сказывается пониженным подаваемым расходом охлаждающей жидкости в канал. Оба недостатка могут привести к ухудшению эффективности охлаждения.

Задачей полезной модели является разработка эффективной системы охлаждения статора электрических машин.

Техническим результатом является повышение эффективности охлаждения статора электрических машин.

Поставленная задача решается, а технический результат достигается тем, что двухзаходная жидкостная рубашка охлаждения статора электромашины, выполненная в виде спирального трубчатого элемента из двух ветвей, включающих патрубок входа и патрубок выхода охлаждающей жидкости, и предназначенная для установки между статором и корпусом электромашины, согласно полезной модели, содержит левосторонний и правосторонний патрубки входа, а ветви спирального трубчатого элемента выведены к патрубку выхода, расположенному между левосторонним и правосторонним патрубками входа, при этом в области патрубка выхода расположена матрица штырьков-турбулизаторов

Сущность заявленной полезной модели поясняется чертежами. На фиг.1 изображена изометрическая проекция устройства. На фиг.2 изображен вид сверху устройства.

Двухзаходная жидкостная рубашка охлаждения статора электромашины содержит две ветви 1 и 2 спирального трубчатого элемента, ветвь 1 включает левосторонний патрубок входа 3 с левого торца статора электромашины и витки спирали 4, ветвь 2 включает правосторонний входной патрубок 5 с правого торца и витки спирали 6, патрубок выхода 7, а также матрицу штырьков-турбулизаторов 8, расположенную в области 9 патрубка выхода 7.

Двухзаходная жидкостная рубашка охлаждения статора электромашины работает следующим образом.

При работе электрической машины происходит нагрев активных частей электрической машины (на фигурах не показаны). В левосторонний 3 и правосторонний 5 патрубки входа создается поток охлаждающей жидкости. В качестве охлаждающей жидкости используется, например, масло. По мере движения по ветвям 1 и 2 спирального трубчатого элемента охлаждающая жидкость распределяется по виткам спирали 4 и 6, забирая тепло от статора электрической машины, а также ротора. Затем охлаждающая жидкость попадает в область 9 патрубка выхода, проходя матрицу штырьков-турбулизаторов 8, выходит через патрубок выхода 7.

Таким образом, применение двухзаходной жидкостной рубашки охлаждения статора электромашины позволяет повысить эффективность охлаждения статора электрических машин (максимальная температура внешней охлаждаемой поверхности статора снижается на 30% в сравнении с прототипом) за счет применения двух ветвей спирального трубчатого элемента с патрубками входа и витками спирали, при которых равномерно распределяется поле температур по статору и увеличивается расход охлаждающей жидкости. Применение матрицы штырьков-турбулизаторов в области патрубка выхода позволяет турбулизовать поток для более эффективного теплообмена, что способствует снижению температуры статора.

Наиболее предпочтительно применение данной двухзаходной жидкостной рубашки охлаждения статора электромашины для систем жидкостного охлаждения статоров электрических машин, и может быть использована в машиностроении.

Claims (1)

1. Двухзаходная жидкостная рубашка охлаждения статора электромашины, выполненная в виде спирального трубчатого элемента из двух ветвей, включающих патрубок входа и патрубок выхода охлаждающей жидкости, и предназначенная для установки между статором и корпусом электромашины, отличающаяся тем, что содержит левосторонний и правосторонний патрубки входа, а ветви спирального трубчатого элемента выведены к патрубку выхода, расположенному между левосторонним и правосторонним патрубками входа, при этом в области патрубка выхода расположена матрица штырьков-турбулизаторов.