RU2625727C2 - Электрическая машина с улучшенным охлаждением лобовой части обмотки - Google Patents

Электрическая машина с улучшенным охлаждением лобовой части обмотки Download PDF

Info

Publication number
RU2625727C2
RU2625727C2 RU2015149815A RU2015149815A RU2625727C2 RU 2625727 C2 RU2625727 C2 RU 2625727C2 RU 2015149815 A RU2015149815 A RU 2015149815A RU 2015149815 A RU2015149815 A RU 2015149815A RU 2625727 C2 RU2625727 C2 RU 2625727C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
guide element
winding
electric machine
frontal part
recesses
Prior art date
Application number
RU2015149815A
Other languages
English (en)
Other versions
RU2015149815A (ru
Inventor
Франк ЗАЙБИККЕ
Original Assignee
Сименс Акциенгезелльшафт
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 Сименс Акциенгезелльшафт filed Critical Сименс Акциенгезелльшафт
Publication of RU2015149815A publication Critical patent/RU2015149815A/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2625727C2 publication Critical patent/RU2625727C2/ru

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K3/00—Details of windings
    • H02K3/04—Windings characterised by the conductor shape, form or construction, e.g. with bar conductors
    • H02K3/24—Windings characterised by the conductor shape, form or construction, e.g. with bar conductors with channels or ducts for cooling medium between the conductors
    • 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
    • H02K9/02—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
    • H02K9/02—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
    • H02K9/06—Arrangements for cooling or ventilating by ambient air flowing through the machine having means for generating a flow of cooling medium with fans or impellers driven by the machine shaft

Landscapes

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

Abstract

Изобретение относится к электротехнике, а именно к охлаждению электрической машины, содержащей ориентированный вдоль роторной оси (1) ротор (2), расположенный концентрично роторной оси (1) статор (3) и по меньшей мере одну расположенную концентрично роторной оси (1) лобовую часть (4) обмотки, которая выступает в осевом направлении из статора (3), для охлаждения которой потоком (5) охлаждающего средства электрическая машина содержит радиальный кольцеобразный (12) и два аксиальных направляющих элемента (6, 10), между которыми расположена соответствующая лобовая часть обмотки, при этом по меньшей мере один аксиальный направляющий элемент (10) имеет выемки, обеспечивающие увеличение скорости потока (5) охлаждающего средства к соответствующей лобовой части (4) обмотки. Технический результат состоит в улучшении охлаждения лобовой части (4) обмотки. 13 з.п. ф-лы, 6 ил.

Description

Изобретение относится к электрической машине, содержащей ориентированный вдоль роторной оси ротор, расположенный концентрично роторной оси статор, по меньшей мере одну расположенную концентрично роторной оси лобовую часть обмотки, которая выступает в осевом направлении из статора и предназначена для охлаждения с помощью потока охлаждающего средства, а также по меньшей мере один первый направляющий элемент, который расположен по потоку перед соответствующей лобовой частью обмотки, при этом по меньшей мере один первый направляющий элемент выполнен так, что обеспечивается возможность увеличения скорости потока охлаждающего средства к соответствующей лобовой части обмотки.
Лобовые части обмотки электрических машин выступают в осевом направлении из магнитно-активных частей и нуждаются в отдельном охлаждении, которое осуществляется в большинстве случаев с помощью обтекающих охлаждающих текучих сред. В частности, в машинах с большим диаметром или небольшой скоростью вращения, в которых лобовые части обмотки охлаждаются воздухом или другими газообразными средами, на основании небольшой скорости потока может быть реализован в большинстве случаев лишь небольшой коэффициент переноса тепла.
Обычно поток газообразных охлаждающих текучих сред проходит через лобовую часть обмотки преимущественно в радиальном и частично осевом направлении, при этом это осуществляется максимально равномерно при рассматривании по всему окружному направлению.
Из DE 102008033959 А1 известна электрическая машина, лобовые части обмотки которой охлаждаются с помощью проходящего радиально наружу потока охлаждающего воздуха, который затем с помощью соответствующего направляющего листа может отклоняться в окружном направлении. При этом направляющий лист расположен радиально дальше наружу, чем соответствующая лобовая часть обмотки, и перекрывает по меньшей мере три четверти окружности, так что охлаждающий воздух может выходить радиально наружу через остающееся отверстие, составляющее максимально одну четверть окружности.
Также из ЕР 2512009 А1, DE 19544699 А1, ЕР 2109207 А2, US 5652469 и US 2004/0084976 А1 известны концепции охлаждения электрических машин, в частности лобовых частей обмотки электрических машин.
В основу изобретения положена задача улучшения охлаждения лобовой части обмотки электрической машины. Эта задача решена в электрической машине указанного в начале вида с помощью по меньшей мере одного второго направляющего элемента, который расположен по потоку после соответствующей лобовой части обмотки, при этом по меньшей мере один второй направляющий элемент имеет вторые выемки, при этом соответствующая лобовая часть обмотки расположена в радиальном направлении между по меньшей мере одним первым направляющим элементом и по меньшей мере одним вторым направляющим элементом, при этом в осевом продолжении соответствующей лобовой части обмотки расположен по меньшей мере один кольцеобразный направляющий элемент, который проходит в радиальном направлении по меньшей мере от по меньшей мере одного первого направляющего элемента к по меньшей мере одному второму направляющему элементу.
С помощью по меньшей мере одного первого направляющего элемента можно целенаправленно ускорять поток охлаждающего средства, который по потоку перед первым направляющим элементом, например, равномерно проходит в направлении соответствующей лобовой части обмотки. Это может достигаться за счет того, что по меньшей мере один первый направляющий элемент расположен по потоку перед соответствующей лобовой частью обмотки, и тем самым охлаждающее средство непосредственно попадает на первый направляющий элемент. Увеличение скорости потока охлаждающего средства получается в этом случае за счет того, что по меньшей мере один первый направляющий элемент вызывает сужение имеющегося в распоряжении для потока охлаждающего средства проходного поперечного сечения. За счет увеличенной скорости потока охлаждающего средства к соответствующей лобовой части обмотки достигается улучшенное охлаждение соответствующей лобовой части обмотки.
Например, по меньшей мере один первый направляющий элемент может быть расположен в осевой зоне электрической машины, в которой находится также соответствующая лобовая часть обмотки, при этом по меньшей мере один первый направляющий элемент расположен радиально дальше внутри, чем соответствующая лобовая часть обмотки. Соответственно, поток охлаждающего средства направлен радиально изнутри радиально наружу и создается, например, с помощью расположенного в той же осевой зоне вентилятора. В качестве альтернативного решения, поток охлаждающего средства может быть направлен радиально снаружи радиально внутрь, и по меньшей мере один первый направляющий элемент расположен, соответственно, радиально дальше наружу, чем соответствующая лобовая часть обмотки. Возможно также, что расположенный на соответствующей осевой торцевой стороне электрической машины вентилятор создает поток охлаждающего средства, так что поток охлаждающего средства сначала направлен к осевой середине и отклоняется в осевой зоне лобовой части обмотки, например, с помощью отклоняющего элемента в направленный радиально наружу поток охлаждающего средства. Таким образом, в обоих случаях равномерно проходящий радиально наружу поток охлаждающего средства попадает по меньшей мере на один первый направляющий элемент. При этом по меньшей мере один первый направляющий элемент может быть выполнен, например, по существу, в виде полого цилиндра. Кроме того, направление потока охлаждающего средства можно отклонять с помощью по меньшей мере одного первого направляющего элемента в окружном направлении. Для этого по меньшей мере один первый направляющий элемент может иметь, например, дополнительные отклоняющие элементы.
При этом отклонение потока охлаждающего средства в окружном направлении может приводить к дополнительному улучшению охлаждения соответствующей лобовой части обмотки, поскольку соответствующая лобовая часть обмотки лучше доступна для потока охлаждающего средства с составляющей потока в окружном направлении, и тем самым могут лучше охлаждаться иначе трудно доступные места соответствующей лобовой части обмотки.
При этом по меньшей мере один первый направляющий элемент может быть выполнен с полным или лишь частичным прохождением в окружном направлении, при этом по меньшей мере один первый направляющий элемент может быть расположен, по существу, концентрично оси ротора.
Предпочтительное действие по меньшей мере одного первого направляющего элемента, который расположен по потоку перед соответствующей лобовой частью обмотки, может быть особенно эффективно поддержано с помощью по меньшей мере одного второго направляющего элемента, который расположен по потоку после соответствующей лобовой части обмотки. Это объясняется тем, что с помощью по меньшей мере одного второго направляющего элемента поток охлаждающего средства можно направлять через по меньшей мере один первый направляющий элемент и соответствующую лобовую часть обмотки так, что могут быть уменьшены в целом потери потока, и тем самым может быть улучшено охлаждающее действие потока охлаждающего средства в соответствующей лобовой части обмотки. Кроме того, по меньшей мере один второй направляющий элемент обеспечивает дополнительное увеличение скорости потока охлаждающего средства у соответствующей лобовой части обмотки, что также улучшает охлаждающее действие. При этом вторые выемки могут быть выполнены в направлении потока, например, в виде сопел или диффузоров.
При этом по меньшей мере один кольцеобразный направляющий элемент обеспечивает, что проходящий радиально наружу поток охлаждающего средства не может уходить в осевом направлении. Это особенно предпочтительно, когда по меньшей мере один первый направляющий элемент и/или по меньшей мере один второй направляющий элемент вызывают сужение поперечного сечения потока в радиальном направлении. В этом случае охлаждающее средство выходит радиально изнутри через по меньшей мере один первый направляющий элемент, проходит через соответствующую лобовую часть обмотки радиально наружу и при этом направляется в осевом направлении, с одной стороны, статором и, с другой стороны, с помощью по меньшей мере одного кольцеобразного направляющего элемента дальше радиально наружу. Наконец, поток охлаждающего средства проходит радиально наружу через по меньшей мере один второй направляющий элемент. В качестве альтернативного решения, поток охлаждающего средства может проходить также в обратном направлении, при этом по меньшей мере один первый направляющий элемент расположен дальше радиально наружу, чем соответствующая лобовая часть обмотки, и по меньшей мере один второй направляющий элемент расположен, соответственно, дальше радиально внутри, чем соответствующая лобовая часть обмотки. Соответствующее радиальное направление потока охлаждающего средства обеспечивает особенно эффективное охлаждающее действие на соответствующей лобовой части обмотки.
Дополнительное улучшение охлаждения лобовой части обмотки может вызываться, например, с помощью дополнительных выемок по меньшей мере в одном кольцеобразном направляющем элементе, если через эти дополнительные выемки пропускается дополнительный поток охлаждающего средства в осевом направлении в зону лобовой части обмотки.
В одном предпочтительном варианте выполнения изобретения по меньшей мере один первый направляющий элемент имеет первые выемки.
При этом первые выемки могут быть выполнены также в виде первых отверстий, например в виде первых, проходящих через по меньшей мере один первый направляющий элемент отверстий. При этом первые выемки, соответственно, первые отверстия могут, например, расширяться или сужаться. Если дополнительно должно достигаться отклонение потока охлаждающего средства в окружном направлении, то первые выемки, соответственно, первые отверстия могут быть ориентированы не точно вдоль первоначального направления потока, а дополнительно иметь составляющую в окружном направлении.
При проходящем сначала в радиальном направлении потоке охлаждающего средства первые выемки могут быть выполнены, например, в виде выполненных в радиальном направлении по меньшей мере в одном первом направляющем элементе отверстий. Для достижения отклонения направления потока в окружном направлении соответствующие отверстия направлены не точно радиально наружу, а проходят каждый вдоль линии, которая имеет еще составляющую в окружном направлении.
При этом указанные первые выемки, соответственно первые отверстия, по меньшей мере одного первого направляющего элемента могут действовать относительно потока охлаждающего средства в качестве сопел, которые сужают проходное поперечное сечение для потока охлаждающего средства и тем самым вызывают увеличение скорости потока. Предпочтительно, сопла одновременно вызывают отклонение потока охлаждающего средства в окружном направлении, так что первые выемки, соответственно первые отверстия, могут быть выполнены в качестве отклоняющих сопел.
При этом в одном предпочтительно варианте выполнения изобретения по меньшей мере одна лобовая часть обмотки имеет электрические проводники, между которыми соответствующая лобовая часть обмотки имеет охлаждающие каналы, при этом обеспечивается возможность направления потока охлаждающего средства с помощью первых выемок по меньшей мере в одну часть охлаждающих каналов.
Охлаждающие каналы могут быть образованы, например, за счет того, что один электрический проводник расположен на определенном расстоянии до следующего соседнего электрического проводника. В частности, электрические проводники расположены в пазах в статоре электрической машины, при этом расстояние между двумя пазами примерно соответствует ширине такого охлаждающего канала. При этом первые выемки или по меньшей мере один первый направляющий элемент расположены так, что обеспечивается возможность подачи потока охлаждающего средства через первые выемки по меньшей мере в одну часть охлаждающих каналов, при этом предпочтительно обеспечивается возможность снабжения всех охлаждающих каналов потоком охлаждающего средства.
Охлаждающие каналы проходят, как правило, в радиальном направлении, т.е. в том же направлении, в котором выполнены пазы в статоре. Поскольку электрический проводник проходит из одного паза в другой паз, то охлаждающие каналы проходят не всегда точно в осевом направлении, а частично с поворотом в окружном направлении.
При первоначально радиальном направлении потока, по меньшей мере один первый направляющий элемент предпочтительно выполнен так, что поток охлаждающего средства направляется, в частности, вдоль всей осевой зоны соответствующей лобовой части обмотки в лежащие радиально внутри, соответственно, в лежащие радиально снаружи отверстия охлаждающих каналов, при этом положение соответствующих отверстий охлаждающих каналов вдоль осевого направления может изменяться в осевом направлении на некоторых участках аналогично винтовой форме.
Согласованный с соответствующим первоначальным направлением потока охлаждающего средства, по меньшей мере один первый направляющий элемент обеспечивает особенно хорошее снабжение охлаждающим средством соответствующей лобовой части обмотки, так что проводник лобовой части обмотки может надежно охлаждаться во всех местах.
При этом в другом предпочтительном варианте выполнения изобретения по меньшей мере один первый направляющий элемент между по меньшей мере одной парой первых выемок по меньшей мере на некоторых участках выполнен в форме пропеллерной лопасти.
За счет выполнения по меньшей мере на некоторых участках по меньшей мере одного первого направляющего элемента в форме лопасти пропеллера обеспечивается, с одной стороны, возможность увеличения скорости потока охлаждающего средства к соответствующей лобовой части обмотки, и, с другой стороны, за счет этого может достигаться эффективным образом предпочтительное отклонение потока охлаждающего средства в окружном направлении. Дополнительно к этому, этот вариант выполнения по меньшей мере одного первого направляющего элемента позволяет уменьшать потери потока охлаждающего средства.
При сначала радиальном направлении потока пропеллерная лопасть, также как пропеллерная лопасть вентилятора, может создавать поток охлаждающего средства в радиальном направлении, соответственно, при первоначально осевом направлении потока, может создавать, аналогично пропеллерной лопасти вентилятора, поток охлаждающего средства в осевом направлении. Для радиального направления потока пропеллерная лопасть может быть выполнена как пропеллерная лопасть радиального вентилятора, а для осевого направления потока может быть выполнена, например, как пропеллерная лопасть осевого вентилятора. Возможно также выполнение пропеллерной лопасти как пропеллерной лопасти диагонального вентилятора или других вентиляторов, которые могут создавать желаемое направление потока охлаждающего средства. В целом, при этом соответствующая пропеллерная лопасть может быть выполнена плоской или аэродинамически эффективно изогнутой, с целью дополнительной минимизации потерь потока.
В частности, по меньшей мере один первый направляющий элемент выполнен в целом в виде согласованного с соответствующим приходящим потоком охлаждающего средства пропеллера с несколькими пропеллерными лопастями.
При этом в другом предпочтительном варианте выполнения изобретения вторые выемки расположены со смещением относительно первых выемок. За счет смещенного расположения вторых выемок относительно соответствующего положения первых выемок может быть дополнительно увеличена скорость потока охлаждающего средства. В частности, за счет этого может обеспечиваться снабжение всей соответствующей лобовой части обмотки возможно лучше потоком охлаждающего средства. Таким образом, это обеспечивает возможность дополнительного улучшения охлаждающего действия соответствующей лобовой части обмотки. При этом смещение вторых выемок относительно первых выемок может осуществляться в осевом направлении или в окружном направлении, при этом за счет смещения в окружном направлении может достигаться дополнительное отклонение потока охлаждающего средства в окружном направлении.
При этом в другом предпочтительном варианте выполнения изобретения по меньшей мере один второй направляющий элемент может быть выполнен между по меньшей мере одной парой вторых выемок по меньшей мере на некоторых участках в форме пропеллерной лопасти.
За счет того, что также по меньшей мере один второй направляющий элемент по меньшей мере на некоторых участках выполнен в форме пропеллерной лопасти, может снова достигаться увеличение скорости потока охлаждающего средства к соответствующей лобовой части обмотки. Дополнительно к этому, этот вариант выполнения по меньшей мере одного второго направляющего элемента обеспечивает уменьшение потерь потока охлаждающего средства.
При этом соответствующая пропеллерная лопасть в зависимости от направления потока охлаждающего средства, который выходит из соответствующей лобовой части обмотки, может быть выполнена как пропеллерная лопасть вентилятора, и при этом может быть выполнена плоской или аэродинамически эффективно изогнутой, с целью дополнительной минимизации потерь потока.
В частности, по меньшей мере один второй направляющий элемент может быть выполнен в целом в виде согласованного с соответствующим приходящим потоком охлаждающего средства пропеллера с несколькими пропеллерными лопастями.
Предпочтительно, электрическая машина для создания потока охлаждающего средства имеет по меньшей мере один вентилятор.
В другом предпочтительном варианте выполнения изобретения электрическая машина предназначена для работы с мощностью больше 1 МВт и/или со скоростью вращения меньше 750 оборотов в минуту, в частности меньше 200 оборотов в минуту.
В таких электрических машинах во время работы возникает на соответствующей лобовой части обмотки относительно большое количество отходящего тепла, которое должно быть эффективно и надежно отводиться. При этом в целом особенно проблематичными являются электрические машины, которые имеют сравнительно небольшие рабочие скорости вращения и могут охлаждаться с помощью соединенного с ротором электрической машины вентилятора, поскольку, соответственно, также вентилятор может работать лишь с небольшой скоростью вращения и поставлять сравнительно небольшое количество охлаждающего средства. Однако за счет указанных выше вариантов выполнения электрической машины, согласно изобретению, может обеспечиваться достаточное охлаждение соответствующей лобовой части обмотки также при небольших рабочих скоростях вращения.
Ниже приводится более подробное описание и пояснение изобретения на основе примеров выполнения со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых изображено:
фиг.1 - первый пример электрической машины с первоначально радиальным потоком охлаждающего средства;
фиг.2 - пример первого направляющего элемента для первого примера;
фиг.3 - второй пример электрической машины с первоначально осевым потоком охлаждающего средства;
фиг.4 - пример первого направляющего элемента для второго примера;
фиг.5 - первый пример выполнения электрической машины, согласно изобретению; и
фиг.6 - второй пример выполнения электрической машины, согласно изобретению.
На фиг.1 показан первый пример электрической машины с первоначально радиальным потоком 5 охлаждающего средства, при этом первый пример не содержит данного изобретения, и при этом показана часть продольного разреза электрической машины. Электрическая машина имеет статор 3 и ротор 2, которые оба ориентированы вдоль оси 1 ротора. Из статора 3 выступает на обоих осевых концах лобовая часть 4 обмотки, при этом для наглядности подробно показана лобовая часть 4 обмотки лишь одной торцевой стороны электрической машины.
Лобовая часть 4 обмотки может охлаждаться с помощью потока 5 охлаждающего средства, который в рамках этого примера проходит радиально изнутри радиально наружу. По потоку перед лобовой частью 4 обмотки, т.е. в осевой зоне лобовой части 4 обмотки и радиально дальше внутри, чем лобовая часть 4 обмотки, расположен первый направляющий элемент 6, который вызывает увеличение скорости потока 5 охлаждающего средства к лобовой части 4 обмотки. В рамках первого примера первый направляющий элемент 6 имеет для этого первые выемки 7, которые сужают проточное поперечное сечение для проходящего радиально наружу к лобовой части 4 обмотки потока 5 охлаждающего средства.
В рамках первого примера первый направляющий элемент 6, при рассматривании в радиальном направлении сверху лобовой части 4 обмотки, перекрывает лобовую часть 4 обмотки отверстия радиально изнутри радиально наружу, поскольку осевая длина первого направляющего элемента 6 по меньшей мере равна осевой длине лобовой части 4 обмотки. Однако, в качестве альтернативного решения, может быть также предусмотрено, что осевая длина первого направляющего элемента 6 меньше осевой длины лобовой части 4 обмотки.
Проходящий радиально наружу поток 5 охлаждающего средства может создаваться, например, с помощью вентилятора, который расположен, например, в осевой зоне лобовой части 4 обмотки и радиально дальше внутрь, чем лобовая часть 4 обмотки. В качестве альтернативного решения, может применяться также вентилятор, который сначала создает поток 5 охлаждающего средства, который проходит в осевом направлении от осевой торцевой стороны электрической машины к осевой середине и в осевой зоне лобовой части 4 обмотки, в частности, с помощью отклоняющего элемента, отклоняется радиально наружу.
В качестве альтернативного решения, поток 5 охлаждающего средства может быть направлен радиально снаружи радиально внутрь, и первый направляющий элемент 6, соответственно, расположен дальше радиально наружу, чем лобовая часть 4 обмотки.
На фиг.2 показан пример первого направляющего элемента 6 для первого примера электрической машины, при этом он показан на виде в осевом направлении, исходя из одной из торцевых сторон электрической машины. При этом одинаковыми позициями, как на фиг.1, обозначены одинаковые элементы. Для наглядности показаны лишь ось 1 ротора, первый направляющий элемент 6, первые выемки 7 и лобовая часть 4 обмотки.
Первый направляющий элемент 6 выполнен так, что приходящий радиально изнутри поток 5 охлаждающего средства отклоняется с помощью первого направляющего элемента 6 в окружном направлении, и при этом увеличивается скорость потока 5 охлаждающего средства. Это достигается тем, что первый направляющий элемент 6 выполнен между парой выемок 7 на некоторых участках в форме пропеллерной лопасти. Для этого первый направляющий элемент 6 имеет, в частности, имеющие форму лопастей элементы, которые выполнены аналогично пропеллерной лопасти, в частности, вентилятора, например радиального вентилятора. При этом соответствующая пропеллерная лопасть может быть выполнена плоской или аэродинамически эффективно изогнутой, с целью дополнительной минимизации потерь потока.
На фиг.3 показан второй пример электрической машины с первоначально осевым потоком 5 охлаждающего средства, при этом второй пример не содержит данного изобретения. В отличие от первого примера, поток 5 охлаждающего средства проходит во втором примере в осевом направлении от осевой торцевой стороны электрической машины к ее осевой середине. Первый направляющий элемент 6 снова расположен по потоку перед лобовой частью 4 обмотки за счет расположения первого направляющего элемента 6 у осевого конца лобовой части 4 обмотки. В рамках примера первый направляющий элемент 6 имеет для этого первые выемки 7, которые сужают проходное поперечное сечение для проходящего в осевом направлении к лобовой части 4 обмотки потока 5 охлаждающего средства.
При этом в рамках примера первый направляющий элемент 6, при рассматривании в осевом направлении лобовой части 4 обмотки, перекрывает лобовую часть 4 обмотки, поскольку радиальная длина первого направляющего элемента 6 по меньшей мере равна радиальной длине лобовой части 4 обмотки. Однако, в качестве альтернативного решения, может быть предусмотрено, что радиальная длина первого направляющего элемента 6 меньше радиальной длины лобовой части 4 обмотки.
Проходящий в осевом направлении поток 5 охлаждающего средства может создаваться, например, с помощью вентилятора, который расположен, например, на осевой торцевой стороне электрической машины. В качестве альтернативного решения, можно применять также вентилятор, который расположен, в частности, на осевой торцевой стороне электрической машины и сначала создает поток 5 охлаждающего средства, который проходит в радиальном направлении. Например, проходящий радиально наружу поток 5 охлаждающего средства может быть затем отклонен с помощью отклоняющего элемента в осевом направлении, для прохождения в конечном итоге в осевом направлении к лобовой части 4 обмотки.
На фиг.4 показан пример первого направляющего элемента 6 для второго примера электрической машины, при этом показан вид в осевом направлении, исходя из одной из торцевых сторон электрической машины. Для наглядности показаны лишь ось 1 ротора, первый направляющий элемент 6, первые выемки 7 и лобовая часть 4 обмотки, а также ротор 2 и статор 3, при этом ротор 2 и статор 3 в этой проекции частично закрыты первым направляющим элементом 6, соответственно лобовой частью 4 обмотки.
Первый направляющий элемент 6 выполнен так, что приходящий от осевой торцевой стороны электрической машины поток 5 охлаждающего средства отклоняется с помощью первого направляющего элемента 6 в окружном направлении, и при этом увеличивается скорость потока 5 охлаждающего средства. Это достигается тем, что первый направляющий элемент 6 выполнен между парой выемок 7 на некоторых участках в форме пропеллерной лопасти. Для этого первый направляющий элемент 6 имеет, в частности, имеющие форму лопастей элементы, которые выполнены аналогично пропеллерной лопасти, в частности, вентилятора, например осевого вентилятора. При этом соответствующая пропеллерная лопасть может быть выполнена плоской или аэродинамически эффективно изогнутой, с целью минимизации потерь потока.
На фиг.5 показан пример выполнения электрической машины, согласно изобретению, при этом первый пример выполнения имеет сначала ту же конструкцию, что и первый пример.
Дополнительно предусмотрен второй направляющий элемент 10, который расположен по потоку после лобовой части обмотки, т.е. в осевой зоне лобовой части 4 обмотки и радиально дальше наружу, чем лобовая часть 4 обмотки. При этом второй направляющий элемент 10 имеет вторые выемки 11, которые вызывают дополнительное увеличение скорости потока 5 охлаждающего средства. Для этого вторые выемки 11 расположены со смещением относительно первых выемок 7, при этом смещение в рамках первого примера выполнения предусмотрено в осевом направлении. При этом второй направляющий элемент 10 может быть выполнен аналогично показанному на фиг.2 первому направляющему элементу.
По сравнению с первым примером, электрическая машина в первом примере выполнения имеет дополнительно кольцеобразный направляющий элемент 12, который расположен в осевом продолжении лобовой части 4 обмотки и обеспечивает, что поток 5 охлаждающего средства не выходит из зоны лобовой части 4 обмотки в осевом направлении. Для этого кольцеобразный направляющий элемент 12 расположен в осевом продолжении первого направляющего элемента 6 и второго направляющего элемента 10 и проходит в радиальном направлении по меньшей мере от первого направляющего элемента 6 до второго направляющего элемента 10.
При этом, в принципе, возможно, что кольцеобразный направляющий элемент 12 имеет другие выемки, с помощью которых в осевом направлении в зону лобовой части 4 обмотки подается дополнительный поток охлаждающего средства, с целью дополнительного улучшения охлаждения лобовой части 4 обмотки.
Кроме того, возможно выполнение электрической машины без кольцеобразного направляющего элемента 12.
В качестве альтернативного решения, поток 5 охлаждающего средства может быть направлен радиально снаружи радиально внутрь, и первый направляющий элемент 6 может быть расположен, соответственно, дальше радиально наружу, чем лобовая часть 4 обмотки, а второй направляющий элемент 10, соответственно, радиально дальше внутрь, чем лобовая часть 4 обмотки.
На фиг.6 показан второй пример выполнения электрической машины, согласно изобретению, при этом второй пример выполнения имеет сначала ту же конструкцию, что и первый пример выполнения, и при этом показана часть поперечного сечения электрической машины на осевой высоте лобовой части 4 обмотки. В отличие от первого примера выполнения, смещение между первым направляющим элементом 6 и вторым направляющим элементом 10 во втором примере выполнения предусмотрено в окружном направлении, за счет чего вызывается особенно предпочтительное отклонение потока 5 охлаждающего средства в окружном направлении, что приводит к улучшенному охлаждению лобовой части 4 обмотки.
При этом электрическая машина может быть выполнена также без кольцеобразного направляющего элемента 12. Кроме того, в качестве альтернативного решения, поток 5 охлаждающего средства может быть направлен радиально снаружи радиально внутрь, и первый направляющий элемент 6 может быть расположен, соответственно, радиально дальше наружу, чем лобовая часть 4 обмотки, а второй направляющий элемент 10 может быть расположен, соответственно, радиально дальше внутрь, чем лобовая часть 4 обмотки.
Таким образом, изобретение относится к электрической машине, содержащей ориентированный вдоль роторной оси ротор, расположенный концентрично оси ротора статор, по меньшей мере одну расположенную концентрично оси ротора лобовую часть обмотки, которая в осевом направлении выступает из статора и предназначена для охлаждения с помощью потока охлаждающего средства, а также по меньшей мере один первый направляющий элемент, который расположен по потоку перед соответствующей лобовой частью обмотки, при этом по меньшей мере один первый направляющий элемент выполнен так, что обеспечивается возможность увеличения скорости потока охлаждающего средства к соответствующей лобовой части обмотки. Для улучшения охлаждения лобовой части обмотки предлагается, что электрическая машина указанного в начале вида имеет по меньшей мере один второй направляющий элемент, который расположен по потоку после соответствующей лобовой части обмотки, при этом по меньшей мере один второй направляющий элемент имеет вторые выемки, при этом соответствующая лобовая часть обмотки расположена в радиальном направлении между по меньшей мере одним первым направляющим элементом и по меньшей мере одним вторым направляющим элементом, при этом в осевом продолжении соответствующей лобовой части обмотки расположен по меньшей мере один кольцеобразный направляющий элемент, который в радиальном направлении проходит по меньшей мере от по меньшей мере одного первого направляющего элемента к по меньшей мере одному второму направляющему элементу.

Claims (23)

1. Электрическая машина, содержащая
- ориентированный вдоль роторной оси (1) ротор (2),
- расположенный концентрично роторной оси (1) статор (3),
- по меньшей мере одну расположенную концентрично роторной оси (1) лобовую часть (4) обмотки, которая выступает в осевом направлении из статора (3) и предназначена для охлаждения с помощью потока (5) охлаждающего средства, а также
- по меньшей мере один первый направляющий элемент (6), который расположен по потоку перед соответствующей лобовой частью (4) обмотки,
при этом по меньшей мере один первый направляющий элемент (6) выполнен так, что обеспечивается возможность увеличения скорости потока (5) охлаждающего средства к соответствующей лобовой части (4) обмотки,
отличающаяся тем, что предусмотрен по меньшей мере один второй направляющий элемент (10), который расположен по потоку после соответствующей лобовой части (4) обмотки,
при этом по меньшей мере один второй направляющий элемент (10) имеет вторые выемки (11),
при этом соответствующая лобовая часть (4) обмотки расположена в радиальном направлении между по меньшей мере одним первым направляющим элементом (6) и по меньшей мере одним вторым направляющим элементом (10),
при этом в осевом продолжении соответствующей лобовой части (4) обмотки расположен по меньшей мере один кольцеобразный направляющий элемент (12), который в радиальном направлении проходит по меньшей мере от по меньшей мере одного первого направляющего элемента (6) к по меньшей мере одному второму направляющему элементу (10).
2. Электрическая машина по п.1, в которой по меньшей мере один первый направляющий элемент (6) имеет первые выемки (7).
3. Электрическая машина по п.2, в которой по меньшей мере одна лобовая часть (4) обмотки имеет электрические проводники, между которыми соответствующая лобовая часть обмотки имеет охлаждающие каналы, при этом обеспечивается возможность направления потока охлаждающего средства с помощью первых выемок по меньшей мере в одну часть охлаждающих каналов.
4. Электрическая машина по п.2 или 3, в которой по меньшей мере один первый направляющий элемент (6) между по меньшей мере одной парой первых выемок (7) по меньшей мере на некоторых участках выполнен в форме пропеллерной лопасти.
5. Электрическая машина по п.2 или 3, в которой вторые выемки (11) расположены со смещением относительно первых выемок (7).
6. Электрическая машина по п.4, в которой вторые выемки (11) расположены со смещением относительно первых выемок (7).
7. Электрическая машина по любому из пп.1-3 или 6, в которой по меньшей мере один второй направляющий элемент (10) выполнен между по меньшей мере одной парой вторых выемок (11) по меньшей мере на некоторых участках в форме пропеллерной лопасти.
8. Электрическая машина по п.4, в которой по меньшей мере один второй направляющий элемент (10) выполнен между по меньшей мере одной парой вторых выемок (11) по меньшей мере на некоторых участках в форме пропеллерной лопасти.
9. Электрическая машина по п.5, в которой по меньшей мере один второй направляющий элемент (10) выполнен между по меньшей мере одной парой вторых выемок (11) по меньшей мере на некоторых участках в форме пропеллерной лопасти.
10. Электрическая машина по любому из пп.1-3, 6, 8 или 9, в которой электрическая машина имеет по меньшей мере один вентилятор для создания потока (5) охлаждающего средства.
11. Электрическая машина по п.4, в которой электрическая машина имеет по меньшей мере один вентилятор для создания потока (5) охлаждающего средства.
12. Электрическая машина по п.5, в которой электрическая машина имеет по меньшей мере один вентилятор для создания потока (5) охлаждающего средства.
13. Электрическая машина по п.7, в которой электрическая машина имеет по меньшей мере один вентилятор для создания потока (5) охлаждающего средства.
14. Электрическая машина по п.1, в которой электрическая машина предназначена для работы с мощностью больше 1 МВт и/или со скоростью вращения меньше 750 об/мин.
RU2015149815A 2013-04-22 2014-03-26 Электрическая машина с улучшенным охлаждением лобовой части обмотки RU2625727C2 (ru)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102013207241.4A DE102013207241A1 (de) 2013-04-22 2013-04-22 Elektrische Maschine mit einer verbesserten Kühlung des Wickelkopfs
DE102013207241.4 2013-04-22
PCT/EP2014/056023 WO2014173601A1 (de) 2013-04-22 2014-03-26 Elektrische maschine mit einer verbesserten kühlung des wickelkopfs

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2015149815A RU2015149815A (ru) 2017-05-26
RU2625727C2 true RU2625727C2 (ru) 2017-07-18

Family

ID=50390081

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2015149815A RU2625727C2 (ru) 2013-04-22 2014-03-26 Электрическая машина с улучшенным охлаждением лобовой части обмотки

Country Status (6)

Country Link
US (1) US20160087499A1 (ru)
EP (1) EP2973951B1 (ru)
CN (1) CN105122602A (ru)
DE (1) DE102013207241A1 (ru)
RU (1) RU2625727C2 (ru)
WO (1) WO2014173601A1 (ru)

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2993767A1 (de) * 2014-09-08 2016-03-09 Siemens Aktiengesellschaft Generator für ein Kraftwerk
EP3046225A1 (de) 2015-01-16 2016-07-20 Siemens Aktiengesellschaft Elektrische rotierende Maschine mit einseitiger Kühlung und Verfahren zur einseitigen Kühlung
CN107612172B (zh) * 2017-08-21 2020-11-10 北京金风科创风电设备有限公司 电机绕组、电机及风力发电机组
JP2019154197A (ja) * 2018-03-06 2019-09-12 本田技研工業株式会社 回転電機
DE102018218731A1 (de) * 2018-10-31 2020-04-30 Thyssenkrupp Ag Stator für eine elektrische Maschine, sowie elektrische Maschine
DE102021202421A1 (de) 2021-03-12 2022-09-15 Volkswagen Aktiengesellschaft Kühlung von Rotorwellen
DE102022003198A1 (de) 2022-09-01 2022-10-27 Mercedes-Benz Group AG Elektrische Maschine, insbesondere für ein Kraftfahrzeug

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU267735A1 (ru) * Ф. Р. Коренцвит УСТРОЙСТВО дл ОХЛАЖДЕНИЯ ЛОБОВЫХ ЧАСТЕЙ ОБМОТКИ СТАТОРА ЭЛЕКТРИЧЕОКОЙ МАШИНЫ
SU838921A1 (ru) * 1976-01-13 1981-06-15 Предприятие П/Я А-7809 Закрыта электрическа машина
US5652469A (en) * 1994-06-16 1997-07-29 General Electric Company Reverse flow ventilation system with stator core center discharge duct and/or end region cooling system
US20040084976A1 (en) * 2002-09-26 2004-05-06 Denis Thiot Gas-cooled generator
EP2109207A2 (de) * 2008-04-09 2009-10-14 Liebherr-Werk Biberach GmbH Flüssigkeitsgekühlte elektrische Maschine sowie Verfahren zur Kühlung einer solchen elektrischen Maschine
DE102008033959A1 (de) * 2008-07-21 2010-02-04 Siemens Aktiengesellschaft Elektrische Maschine mit Radialtrennblechen zur Kühlluftführung
EP2512009A1 (de) * 2011-04-15 2012-10-17 Siemens Aktiengesellschaft Kühleinrichtung zum Kühlen eines Wicklungsgeflechts einer elektrischen Maschine und Verfahren zum Nachrüsten der elektrischen Maschine mit der Kühleinrichtung

Family Cites Families (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB380067A (en) * 1931-04-07 1932-09-07 Mykas Adamcikas Improvements in and relating to the cooling of electrical machines
DE1538909A1 (de) * 1966-10-04 1970-04-09 Licentia Gmbh Wickelkopfbelueftung fuer Kurzschlusslaeufermotoren
JPS5713945A (en) * 1980-06-26 1982-01-25 Toshiba Corp Reverse-current cooling type rotary electric machine
DE3933067A1 (de) * 1988-10-11 1990-04-19 Schorch Gmbh Elektromotor
DE4416299A1 (de) * 1994-05-09 1995-11-16 Abb Management Ag Elektrische Maschine mit einem Axialventilator
US5789833A (en) * 1995-11-24 1998-08-04 Kabushiki Kaisha Toshiba Totally-enclosed traction motor for electric railcar
DE19544699A1 (de) * 1995-11-30 1997-06-05 Asea Brown Boveri Gasgekühlte elektrische Maschine
US5982071A (en) * 1998-08-13 1999-11-09 Able Corporation Cooling of electrical machinery
US6355995B1 (en) * 1999-03-10 2002-03-12 J. W. I. Of Howell, Ltd Motor cooling system
US6346753B1 (en) * 2000-04-18 2002-02-12 General Electric Company Fan and rotor dynamic gas sealing system
DE102007061597B4 (de) * 2007-12-20 2010-01-14 Siemens Ag Elektrische Maschine mit Doppelaxiallüfter
FR2940867B1 (fr) * 2009-01-07 2013-02-08 Leroy Somer Moteurs Rotor des machines tournantes electriques
DE102009051651B4 (de) * 2009-11-02 2012-01-26 Siemens Aktiengesellschaft Windkraftgenerator mit Innenkühlkreislauf
DE102013109913A1 (de) * 2012-09-14 2014-03-20 Remy Technologies, Llc Elektrische Maschine mit Wärmeübertragung durch Flüssigkeit
AT513726A2 (de) * 2012-11-30 2014-06-15 Heiden Bernhard Wickelkopfraumhochgeschwindigkeitskühlung

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU267735A1 (ru) * Ф. Р. Коренцвит УСТРОЙСТВО дл ОХЛАЖДЕНИЯ ЛОБОВЫХ ЧАСТЕЙ ОБМОТКИ СТАТОРА ЭЛЕКТРИЧЕОКОЙ МАШИНЫ
SU838921A1 (ru) * 1976-01-13 1981-06-15 Предприятие П/Я А-7809 Закрыта электрическа машина
US5652469A (en) * 1994-06-16 1997-07-29 General Electric Company Reverse flow ventilation system with stator core center discharge duct and/or end region cooling system
US20040084976A1 (en) * 2002-09-26 2004-05-06 Denis Thiot Gas-cooled generator
EP2109207A2 (de) * 2008-04-09 2009-10-14 Liebherr-Werk Biberach GmbH Flüssigkeitsgekühlte elektrische Maschine sowie Verfahren zur Kühlung einer solchen elektrischen Maschine
DE102008033959A1 (de) * 2008-07-21 2010-02-04 Siemens Aktiengesellschaft Elektrische Maschine mit Radialtrennblechen zur Kühlluftführung
EP2512009A1 (de) * 2011-04-15 2012-10-17 Siemens Aktiengesellschaft Kühleinrichtung zum Kühlen eines Wicklungsgeflechts einer elektrischen Maschine und Verfahren zum Nachrüsten der elektrischen Maschine mit der Kühleinrichtung

Also Published As

Publication number Publication date
EP2973951B1 (de) 2017-03-08
RU2015149815A (ru) 2017-05-26
WO2014173601A1 (de) 2014-10-30
EP2973951A1 (de) 2016-01-20
CN105122602A (zh) 2015-12-02
DE102013207241A1 (de) 2014-10-23
US20160087499A1 (en) 2016-03-24

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2625727C2 (ru) Электрическая машина с улучшенным охлаждением лобовой части обмотки
US8686606B2 (en) Cooling device
RU2510560C2 (ru) Электрическая машина с несколькими охлаждающими потоками и способ охлаждения
RU2498480C2 (ru) Электрическая машина с радиальными металлическими перегородками для направления охлаждающего воздуха
US10320247B2 (en) Embedded permanent magnet rotary electric machine
US8026643B2 (en) Electrical machine with an internally cooled rotor
RU2408964C2 (ru) Электрическая машина
JP3973220B2 (ja) 発電機通気システム用のシーリング装置
US9906103B2 (en) Rotary electrical machine cooling apparatus
EP3174180B1 (en) Rotating electric machine
JP2007259674A (ja) 回転電機の回転子
CN114424431A (zh) 用于电机的定子
JP6369145B2 (ja) 空冷モータ装置
JP5955437B1 (ja) 回転電機
JP2007089255A (ja) 回転電機
JP2013034332A (ja) 回転電機
JP2020089268A (ja) 電気機械用のステータハウジング、車両用の電気機械、および車両
JP6324469B2 (ja) 回転電機の冷却構造
JP2001298906A (ja) 回転電機
US6558116B2 (en) Gas-cooled machine, in particular a turbo-generator
US20100141063A1 (en) Cooling frame for electric motors
JP7410763B2 (ja) 回転電機の冷却構造、回転電機
KR102600355B1 (ko) 전기 기계를 위한 슬립 링 배열체
CN116247847A (zh) 转子组件及电机
EP3070816B1 (en) Method and assembly for cooling an electric machine

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20180327