RU2552532C1 - Electrical machine cooling device - Google Patents

Electrical machine cooling device Download PDF

Info

Publication number
RU2552532C1
RU2552532C1 RU2014127818/07A RU2014127818A RU2552532C1 RU 2552532 C1 RU2552532 C1 RU 2552532C1 RU 2014127818/07 A RU2014127818/07 A RU 2014127818/07A RU 2014127818 A RU2014127818 A RU 2014127818A RU 2552532 C1 RU2552532 C1 RU 2552532C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
peltier
module
electrical machine
stator
hot
Prior art date
Application number
RU2014127818/07A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Флюр Рашитович Исмагилов
Юрий Выторович Афанасьев
Суриади Куснади
Диана Юрьевна Пашали
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Уфимский государственный авиационный технический университет"
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 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Уфимский государственный авиационный технический университет" filed Critical Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Уфимский государственный авиационный технический университет"
Priority to RU2014127818/07A priority Critical patent/RU2552532C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2552532C1 publication Critical patent/RU2552532C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Motor Or Generator Cooling System (AREA)

Abstract

FIELD: electricity.
SUBSTANCE: electrical machine cooling device comprises a stator with axial cooling channels, Peltier's module, the junctures of which are electrically isolated from the electrical machine structure. Cold junctures of Peltier's module are interfaced to the external surface of the stator package, and hot ones are interfaced to the internal surface of the electrical machine housing. Peltier's module is heat isolated by its 1/5 of the section from hot junctures. Peltier's module is connected by electric terminals to DC power supply - the thermocouple battery, the hot juncture of which is located in the combustion chamber of the aviation engine, and the cold juncture - on the housing of the input part of the aviation engine interfaced to the air inlet.
EFFECT: use of thermal energy of aviation engine for power supply of active cooling system.
4 dwg

Description

Изобретение относится к термоэлектричеству, в частности к электрическим машинам, а именно к устройствам охлаждения генераторов авиационного двигателя, и касается особенностей конструктивного выполнения их системы охлаждения.The invention relates to thermoelectricity, in particular to electric machines, namely, cooling devices for aircraft engine generators, and relates to the features of the structural design of their cooling system.

Известна электрическая машина как синхронная машина с жидкостным канальным охлаждением (Науменко В.И., Клочков. О.Г Авиационные машины с интенсивным охлаждением. М., «Машиностроениие», 1977, с. 9). Она снабжена пакетом статорных пластин с радиальными каналами охлаждения и пакетом ротора с аксиальными каналами охлаждения.The electric machine is known as a synchronous machine with liquid channel cooling (Naumenko V.I., Klochkov. O.G. Aircraft with intensive cooling. M., "Mechanical Engineering", 1977, p. 9). It is equipped with a package of stator plates with radial cooling channels and a rotor package with axial cooling channels.

Недостатками этой машины является нагрев охлаждающего агента при протекании через лобовую часть обмотки до попадания в активную часть статора и ротора и отсуствие активных средств снижения температуры магнитопровода статора и охлаждающего агента.The disadvantages of this machine are the heating of the cooling agent when it flows through the frontal part of the winding until it enters the active part of the stator and rotor and the absence of active means to reduce the temperature of the stator magnetic circuit and the cooling agent.

Известна электрическая машина как синхронная машина со струйным жидкостным охлаждением (Науменко В.И., Клочков. О.Г Авиационные машины с интенсивным охлаждением. М., «Машиностроениие», 1977, с. 9), в которой осуществляется конвективный теплообмен с жидким хладагентом, подаваемым струями во внутренний объем машины непосредственно на поверхности тепловыделяющих элементов.An electric machine is known as a synchronous machine with liquid-cooled liquid-jet cooling (Naumenko V.I., Klochkov. O.G. Intensive-cooling aircraft. M., Mashinostroyeniye, 1977, p. 9), in which convective heat exchange with liquid refrigerant is carried out supplied by jets into the internal volume of the machine directly on the surface of the fuel elements.

Недостатками этой конструкции являются отсутствие активных средств охлаждения и возможность возгорания хладагента при использовании, например, топлива.The disadvantages of this design are the lack of active cooling means and the possibility of ignition of the refrigerant when using, for example, fuel.

Известна электрическая машина как синхронная машина с испарительным жидкостным охлаждением (Науменко В.И., Клочков. О.Г Авиационные машины с интенсивным охлаждением. М., «Машиностроениие», 1977 с. 12). При испарительном охлаждении на тепловыделяющих поверхностях происходит теплообмен с кипящим слоем хладагента. Процесс кипения на поверхности вызывает искусственную турболизация, что обуславливает весьма высокую интенсивность теплосъема. При выбросе паров хладагента за борт тепло выносится за пределы самолета.The electric machine is known as a synchronous machine with evaporative liquid cooling (Naumenko VI, Klochkov. OG Aircraft machines with intensive cooling. M., "Mechanical Engineering", 1977, p. 12). During evaporative cooling on heat-generating surfaces, heat exchange occurs with a fluidized bed of refrigerant. The boiling process on the surface causes artificial turbolization, which leads to a very high intensity of heat removal. When refrigerant vapors are released overboard, heat is transferred outside the aircraft.

Недостатками этой машины являются:The disadvantages of this machine are:

- необходимость наличия на борту самолета запаса хладагента, который является дополнительным грузом;- the need for the presence on board the aircraft stock of refrigerant, which is an additional load;

- невозможность использования в качестве хладагента топлива из-за высокой вероятности его воспламенения;- the inability to use fuel as a refrigerant due to the high probability of ignition;

- загрязнение охлаждаемых поверхностей продуктами разложения хладагента;- contamination of refrigerated surfaces with products of refrigerant decomposition;

- отсутствие активных средств снижения температуры тепловыделяющих частей машины.- lack of active means to reduce the temperature of the fuel parts of the machine.

В перечисленных конструкциях охладительных систем используются способы, обладающие значительными недостатками, в которых отсутствуют активные элементы охлаждения.The listed designs of cooling systems use methods with significant disadvantages in which there are no active cooling elements.

Наиболее близкой к заявляемому является конструкция синхронной электрической машины с жидкостным полостным охлаждением (Науменко В.И., Клочков О.Г. Авиационные машины с интенсивным охлаждением, М., «Машиностроениие», 1977, с. 10,) которая содержит статор с аксиальным охлаждением, разделенный на несколько частей с образованием аксиальных каналов.Closest to the claimed is the design of a synchronous electric machine with liquid cavity cooling (Naumenko VI, Klochkov OG Aircraft machines with intensive cooling, M., "Engineering", 1977, p. 10,) which contains an axial stator cooling, divided into several parts with the formation of axial channels.

Недостатком данного аналогиа является отсутствие процесса активного снижения температуры магнитопровода статора, в том числе охлаждающего агента, температура которого повышается по мере обтекания элементов обмоток и магнитопровода машины.The disadvantage of this analogy is the lack of a process of actively reducing the temperature of the stator magnetic circuit, including a cooling agent, the temperature of which increases as the elements flow around the windings and the magnetic circuit of the machine.

Задачей представленного изобретения является создание активной системы охлаждения, повышающей эффективность авиационной электрической машины, снижающей ее вес, с электрическим питанием этой системы от источника термоэлектрического тока, не увеличивающего вес бортового оборудования, работающего на принципе использования большого перепада температур, например, камеры сгорания двигателя и его наиболее холодной части, без дополнительного расхода топлива с использованием тепловой энергии, бесполезно рассеиваемой в пространстве.The objective of the present invention is to create an active cooling system that increases the efficiency of an aircraft electric machine, reducing its weight, with electrical power to this system from a thermoelectric current source that does not increase the weight of on-board equipment, operating on the principle of using a large temperature difference, for example, an engine combustion chamber and its the coldest part, without additional fuel consumption using thermal energy, uselessly dissipated in space.

Технический результат - использование рассеиваемой бесполезно тепловой энергии авиационного двигателя (вспомогательного или маршевого) для питание активной системы охлаждения,The technical result is the use of dissipated useless thermal energy of an aircraft engine (auxiliary or sustainer) to power an active cooling system,

Поставленная задаче решается, а технический результат достигается тем, что устройство охлаждения электрической машины, включающее статор с аксиальными каналами охлаждения, согласно изобретению содержит модуль Пельтье, спаи которого электрически изолированы от конструкции электрической машины, причем холодные спаи которого сопряжены с наружной поверхностью пакета статора, а горячие - сопряжены с внутренней поверхностью корпуса электрической машины и теплоизолированы на 1/5 сечения со стороной контактной шины модуля Пельтье, соединены с источником электрического тока, представляющим собой термопару или батарею термопар, горячий спай которой находится в камере сгорания авиационного двигателя, а холодный спай - на корпусе входной части авиационного двигателя, сопряженной с воздухозаборником.The problem is solved, and the technical result is achieved in that the cooling device of an electric machine, including a stator with axial cooling channels, according to the invention contains a Peltier module, the junctions of which are electrically isolated from the structure of the electric machine, the cold junctions of which are interfaced with the outer surface of the stator package, and hot - paired with the inner surface of the body of the electric machine and insulated 1/5 section with the side of the contact bus of the Peltier module, connected a source of electrical current, which is a thermocouple or battery thermocouple hot junction is located in the combustion chamber of an aircraft engine, a cold junction - the housing inlet part of an aircraft engine with an air intake conjugate.

Существо изобретения поясняется чертежами.The invention is illustrated by drawings.

На фиг. 1 дан продольный разрез электрической машины (генератор авиационного двигателя) с активной системой охлаждения.In FIG. 1 is a longitudinal section through an electric machine (aircraft engine generator) with an active cooling system.

На фиг. 2 дана конструктивная схема модуля Пельтье для генератора авиационного двигателя.In FIG. 2 is a structural diagram of a Peltier module for an aircraft engine generator.

На фиг. 3 дано изображение модуля Пельтье без теплоизоляционного слоя.In FIG. Figure 3 shows an image of a Peltier module without a thermal insulation layer.

На фиг. 4 дана электрическая схема питания модуля Пельтье от батареи термопар, работающих от перепада температур частей авиационного двигателя и самолета.In FIG. Figure 4 shows the power supply circuit of the Peltier module from a battery of thermocouples operating from the temperature difference of parts of an aircraft engine and aircraft.

Генератор авиационного двигателя (Фиг. 1) состоит из корпуса 1, запрессованного в него пакета статора 2 с обмоткой 3, установленного между ними модуля Пельтье 4, имеющего теплоизоляционное заполнение на 1/5 сечения 5 со стороны горячих спаев, сопряженных с корпусом 1, и холодных спаев, сопряженных с пакетом статора 2 (Фиг. 2), электрически изолированного от них слоем 6 и 7, с электрическими выводами 8, образующего с корпусом 1 и отдельными элементами модуля Пельтье 4 каналы 9 для протекания хладагента, ротора 10.The aircraft engine generator (Fig. 1) consists of a housing 1, a stator package 2 with a winding 3 pressed into it, a Peltier module 4 installed between them, having a heat-insulating filling of 1/5 section 5 from the side of the hot junctions connected to the housing 1, and cold junctions associated with the package of stator 2 (Fig. 2), electrically isolated from them by a layer of 6 and 7, with electrical leads 8, forming channels 9 for flowing refrigerant, rotor 10 with the housing 1 and individual elements of the Peltier module 4.

Модуль Пельтье без термоизоляционного заполнения, представленный на Фиг. 3, имеет четыре сектора 11, каждый из которых состоит из батарей p- и n-элементов 12 и 13, соединенных электрически последовательно шинами 14 и 15. Между секторами образованы каналы 16 для силовых ребер 17, координирующих и удерживающих пакет статора 2.The Peltier module without thermal insulation filling shown in FIG. 3, has four sectors 11, each of which consists of batteries of p- and n-cells 12 and 13, electrically connected in series by buses 14 and 15. Between the sectors channels 16 are formed for power ribs 17 coordinating and holding the stator package 2.

Генератор с активной системой охлаждения работает следующим образом.A generator with an active cooling system operates as follows.

Привод генератора на борту самолета осуществляется от авиационных (вспомогательного или маршевого) двигателей. При вращении ротора 10 его магнитное поле возбуждает в обмотке статора 3 ЭДС, под действием которой по ее цепи протекает ток нагрузки, который обуславливает потери и нагрев машины в целом. Для обеспечения теплового режима генератор охлаждается прокачиванием хладогента по каналам 9, образованным корпусом 1, пакетом статора 2 и элементами модуля Пельтье 4. Модуль Пельтье 4 электрическими выводами 8 подключен к источнику постоянного тока - батарее термопар 18 (Фиг. 4), горячий спай 19 которой находится в камере сгорания авиационного двигателя 20, а холодный спай 21 - на корпусе входной части авиационного двигателя 22, сопряженной с воздухозаборником. Под действием протекающего тока на модуле одни спаи охлаждаются, другие нагреваются (холодный и горячий спаи (Фиг. 1)). Холодные и горячие спаи электрически изолированы от элементов конструкции электрической машины (Фиг. 2). Наружная поверхность пакета статора 2 охлаждается холодными спаями, сопряженными с нею, горячие спаи сопряжены с корпусом 1, охлаждаемым наружным обдувом. Хладогент, прокачиваемый по каналам 9, охлаждается элементами модуля Пельтье 4, образующими эти каналы 9.The generator drive on board the aircraft is carried out from aircraft (auxiliary or marching) engines. When the rotor 10 rotates, its magnetic field excites an EMF in the stator winding 3, under the influence of which a load current flows through its circuit, which causes losses and heating of the machine as a whole. To ensure thermal conditions, the generator is cooled by pumping refrigerant through channels 9 formed by the housing 1, the stator package 2 and the elements of the Peltier module 4. The Peltier module 4 is connected by electrical leads 8 to a constant current source - thermocouple battery 18 (Fig. 4), whose hot junction 19 is located in the combustion chamber of the aircraft engine 20, and the cold junction 21 is on the body of the inlet part of the aircraft engine 22, coupled with the air intake. Under the influence of the flowing current on the module, some junctions are cooled, others are heated (cold and hot junctions (Fig. 1)). Cold and hot junctions are electrically isolated from the structural elements of the electric machine (Fig. 2). The outer surface of the stator package 2 is cooled by cold junctions associated with it, hot junctions are associated with the housing 1, cooled by external blowing. The refrigerant pumped through channels 9 is cooled by elements of the Peltier module 4 forming these channels 9.

Таким образом, заявляемый способ позволяет повысить эффективность электрической машины, снизить ее вес, исключить опасность возгорания хладогента и загрязнения охлаждаемых поверхностей.Thus, the inventive method allows to increase the efficiency of an electric machine, reduce its weight, eliminate the risk of ignition of the refrigerant and contamination of the cooled surfaces.

Claims (1)

Устройство охлаждения электрической машины, включающее статор с аксиальными каналами охлаждения, отличающееся тем, что содержит модуль Пельтье, спаи которого электрически изолированы от конструкции электрической машины, причем холодные спаи сопряжены с наружной поверхностью пакета статора, а горячие сопряжены с внутренней поверхностью корпуса электрической машины и теплоизолированы на 1/5 сечения со стороны контактной шины модуля Пельтье, соединены с источником электрического тока, представляющим собой термопару или батарею термопар, горячий спай которой находится в камере сгорания авиационного двигателя, а холодный спай - на корпусе входной части авиационного двигателя, сопряженной с воздухозаборником. A cooling device of an electric machine, including a stator with axial cooling channels, characterized in that it contains a Peltier module, the junctions of which are electrically isolated from the structure of the electric machine, the cold junctions being coupled to the outer surface of the stator package, and the hot junctions being connected to the inner surface of the body of the electric machine and insulated 1/5 section from the side of the contact bus of the Peltier module, connected to an electric current source, which is a thermocouple or a thermocouple battery p, the hot junction of which is located in the combustion chamber of the aircraft engine, and the cold junction is on the housing of the inlet part of the aircraft engine, coupled with the air intake.
RU2014127818/07A 2014-07-08 2014-07-08 Electrical machine cooling device RU2552532C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2014127818/07A RU2552532C1 (en) 2014-07-08 2014-07-08 Electrical machine cooling device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2014127818/07A RU2552532C1 (en) 2014-07-08 2014-07-08 Electrical machine cooling device

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2552532C1 true RU2552532C1 (en) 2015-06-10

Family

ID=53294967

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2014127818/07A RU2552532C1 (en) 2014-07-08 2014-07-08 Electrical machine cooling device

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2552532C1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU180841U1 (en) * 2017-11-10 2018-06-28 Общество с ограниченной ответственностью "Уралэнергосервис" ELECTRIC MACHINE
RU182990U1 (en) * 2018-02-02 2018-09-07 Общество с ограниченной ответственностью "Уралэнергосервис" ELECTRIC MACHINE

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU851652A1 (en) * 1979-11-02 1981-07-30 Харьковский Авиационный Институт Им.H.E.Жуковского Electric machine
RU2142667C1 (en) * 1997-10-28 1999-12-10 Дорохов Борис Владимирович Stator of electrical machine
RU51313U1 (en) * 2005-09-29 2006-01-27 Открытое Акционерное Общество "Государственное Машиностроительное Конструкторское Бюро "Радуга" Имени А.Я. Березняка" ELECTRICAL ENGINE
US20100146990A1 (en) * 2007-08-14 2010-06-17 Taras Michael F Thermoelectric cooler for compressor motor
CN102664477A (en) * 2012-04-24 2012-09-12 上海交通大学 Thermoelectricity cooling device of ultrasonic motor

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU851652A1 (en) * 1979-11-02 1981-07-30 Харьковский Авиационный Институт Им.H.E.Жуковского Electric machine
RU2142667C1 (en) * 1997-10-28 1999-12-10 Дорохов Борис Владимирович Stator of electrical machine
RU51313U1 (en) * 2005-09-29 2006-01-27 Открытое Акционерное Общество "Государственное Машиностроительное Конструкторское Бюро "Радуга" Имени А.Я. Березняка" ELECTRICAL ENGINE
US20100146990A1 (en) * 2007-08-14 2010-06-17 Taras Michael F Thermoelectric cooler for compressor motor
CN102664477A (en) * 2012-04-24 2012-09-12 上海交通大学 Thermoelectricity cooling device of ultrasonic motor

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU180841U1 (en) * 2017-11-10 2018-06-28 Общество с ограниченной ответственностью "Уралэнергосервис" ELECTRIC MACHINE
RU182990U1 (en) * 2018-02-02 2018-09-07 Общество с ограниченной ответственностью "Уралэнергосервис" ELECTRIC MACHINE

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9482142B2 (en) Cooling system for an electric vehicle and method for producing a cooling system
JP5484071B2 (en) Vehicle equipped with thermoelectric generator
RU2534443C2 (en) Thermoelectric generator of gas turbine
JP5638094B2 (en) Mounting structure of power control device
US10894607B2 (en) Drive system for a vehicle with an internal combustion engine and fuel tank
US20170144532A1 (en) Cooling apparatus for vehicle
JP2017536795A (en) Drive device for drive train of motor vehicle
EP2942508A1 (en) Enhanced heat sink availability on gas turbine engines through the use of solid state heat pumps
KR101546175B1 (en) Pole shoe
KR20130089168A (en) Electric machine cooling system and method
CN109311539B (en) Integration of phase change materials for limiting the temperature of fuel from an electronic module
US20230118102A1 (en) An electric turbomachine
US20150214458A1 (en) Thermoelectric generator system for intercooler coupled to turbocharger
RU2552532C1 (en) Electrical machine cooling device
SE512597C2 (en) Drive system for a vehicle
US20190339013A1 (en) Heat transfer apparatus
RU2684809C2 (en) Energy recovery and regeneration system
US20130019917A1 (en) Thermoelectric conversion of waste heat from generator cooling system
Yi et al. Thermal integration of a high-frequency high-specific-power motor within electrically variable engine
US20130038071A1 (en) Power generator
US10295229B2 (en) Thermoelectric cooling system
RU2755072C1 (en) System for production of thermal and electrical energy based on an external combustion engine
US20120043837A1 (en) Stator system with a cooling arrangement
US20190214887A1 (en) Electrical machine
KR20130010655A (en) Cylinder apparatus for stirling engine

Legal Events

Date Code Title Description
TC4A Change in inventorship

Effective date: 20160121

MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20170709