RU2687560C1 - Electric machine with liquid cooling of stator - Google Patents
Electric machine with liquid cooling of stator Download PDFInfo
- Publication number
- RU2687560C1 RU2687560C1 RU2018124567A RU2018124567A RU2687560C1 RU 2687560 C1 RU2687560 C1 RU 2687560C1 RU 2018124567 A RU2018124567 A RU 2018124567A RU 2018124567 A RU2018124567 A RU 2018124567A RU 2687560 C1 RU2687560 C1 RU 2687560C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- channels
- tubes
- stator
- stator core
- electric machine
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- 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
- 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
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Iron Core Of Rotating Electric Machines (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к электромашиностроению и может быть использовано при создании двигателей и генераторов промышленного назначения с вращающимся ротором, в том числе для тяговых приводов.The invention relates to electrical engineering and can be used to create engines and generators for industrial use with a rotating rotor, including traction drives.
Известна электрическая машина с жидкостным охлаждением статора, содержащая охлаждающую рубашку, выполненную в виде трубопроводов (каналов), равномерно охватывающих внешнюю поверхность сердечника статора, через которые прокачивается охлаждающая жидкость (RU 2223584 С2, Н02K 1/20, Н02K 9/02, 20.01.2003; US 8686606 В2, Н02K 9/00, 01.01.2014).Known electric machine with liquid cooling of the stator, containing a cooling jacket, made in the form of pipelines (channels), evenly covering the outer surface of the stator core, through which coolant is pumped (RU 2223584 C2,
Недостатком этого технического решения является низкая теплотехническая эффективность охлаждения обмоток электрической машины. Обусловлено это удаленностью каналов с охлаждающей жидкостью от наиболее нагреваемой внутренней части статора - от зубцовой зоны мест расположения обмоток.The disadvantage of this technical solution is the low thermal efficiency of cooling the windings of an electric machine. This is due to the remoteness of the channels with coolant from the most heated inner part of the stator - from the dentate zone of the locations of the windings.
Известна электрическая машина, в которой элементы жидкостного охлаждения статора (охладители), выполненные в виде плоских силуминовых сегментов с залитыми в них змеевиками из стальной нержавеющей трубки с охлаждающей жидкостью, размещены между участками разделенного по длине сердечника статора (SU 1667201 A1, Н02K 9/19, Н02K 15/00, 30.07.1991).A known electric machine in which elements of liquid cooling of the stator (coolers), made in the form of flat silumin segments with coils filled with stainless steel stainless steel pipes with coolant, are placed between the sections of the stator core divided by length (SU 1667201 A1,
К недостаткам этой электрической машины относятся ее повышенные габаритные размеры, поскольку установка охладителей между отдельными участками сердечника статора приводит к увеличению его осевой длины. Кроме того, пониженная теплопроводность нержавеющей стали по сравнению с теплопроводностью меди или алюминия, а также неравномерность распределения температуры за счет технологических зазоров между отдельными сегментами охладителей, приводит к снижению теплотехнической эффективности охлаждения.The disadvantages of this electric machine are its increased overall dimensions, since the installation of coolers between separate sections of the stator core leads to an increase in its axial length. In addition, the reduced thermal conductivity of stainless steel compared to the thermal conductivity of copper or aluminum, as well as the uneven temperature distribution due to the technological gaps between the individual segments of the chillers, leads to a decrease in the thermal efficiency of cooling.
Известна также электрическая машина с жидкостным охлаждением статора, в которой охладители с охлаждающей жидкостью размещены без зазора между участками разделенного по длине сердечника статора, набранного из изолированных листов электротехнической стали. Охладители состоит из медных трубок, внутри которых протекает охлаждающая жидкость, и медных корпусов, в который вложены эти трубки. Технологические зазоры между трубками и корпусом охладителей заполнены теплопроводной пастой (RU 2439768 С2, Н02К9/19, Н02К1/12,10.01.2012).Also known is an electric machine with a liquid-cooled stator, in which coolers with coolant are placed without a gap between the sections of the stator core divided by length, assembled from insulated electrical steel sheets. The coolers consist of copper tubes inside which coolant flows, and copper bodies in which these tubes are embedded. Technological gaps between the tubes and the case of coolers are filled with heat conductive paste (RU 2439768 С2, Н02К9 / 19, Н02К1 / 12.10.01.2012).
Эта электрическая машина также имеет повышенные габаритные размеры из-за увеличения длины сердечника статора на суммарную толщину охладителей, а также относительно невысокую теплотехническая эффективность охлаждения по причине наличия на пути теплового потока технологических зазоров между медной трубкой и корпусом, заполненных теплопроводной пастой, которая имеет, по сравнению с металлами, более высокое тепловое сопротивление.This electric machine also has increased overall dimensions due to the increase in the length of the stator core by the total thickness of the coolers, as well as the relatively low thermal efficiency of cooling due to the presence of process gaps between the copper tube and the housing filled with thermally conductive paste, which has compared with metals, higher thermal resistance.
Наиболее близкой к предложенной является электрическая машина с жидкостным охлаждением статора, в которой реализована принудительная прокачка охлаждающей жидкости по осевым каналам внутри магнитопровода статора.Closest to the proposed is an electric machine with a liquid-cooled stator, which implements the forced pumping of coolant through the axial channels inside the stator magnetic circuit.
В этой электрической машине жидкостное охлаждение статора реализовано в виде системы трубок (охладителей), выполненных из металла и вложенных в тело сердечника статора, по которым циркулирует хладоагент (вода, масло и т.п.), охлаждаемый во внешнем теплообменнике. Трубки (охладители) размещены в каналах сердечника статора по аксиальной или радиальной схеме и приближены к его обмоткам (US 20130076167 Al, Н02К 9/19, 28.03.2013; Филиппов И.Ф. Вопросы охлаждения электрических машин. - М.-Л.: Энергия, 1964, стр. 197-199).In this electric machine, liquid cooling of the stator is implemented in the form of a system of tubes (coolers) made of metal and embedded in the body of the stator core, through which coolant (water, oil, etc.) is circulated, cooled in an external heat exchanger. Tubes (coolers) are placed in the channels of the stator core in an axial or radial pattern and are close to its windings (US 20130076167 Al, NC 9/19, 03/28/2013; Filippov IF Issues of cooling electric machines. - M.-L .: Energy, 1964, p. 197-199).
Размещение охладителей (трубок) вблизи обмоток позволяет повысить эффективность охлаждения как обмоток, так и магнитопровода, и увеличить надежность работы электрической машины без ухудшения ее массогабаритных показателей.Placing coolers (tubes) near the windings allows to increase the cooling efficiency of both the windings and the magnetic circuit, and to increase the reliability of the electric machine without deteriorating its weight and size parameters.
Однако при работе электрической машины часть изменяющегося во времени магнитного потока в спинке сердечника распространяется в промежутке между охладителями (трубками) и наружной поверхностью статора, т.е. охватывает эти трубки, что приводит к возникновению на них ЭДС. Трубки с торцов статора соединены между собой через коллекторы, что приводит к образованию короткозамкнутых контуров. Протекающий по ним паразитный электрический ток приводит к увеличению потерь в статоре электрической машине и к его дополнительному нагреву.However, when an electric machine is operating, a part of the time-varying magnetic flux in the back of the core propagates between the coolers (tubes) and the outer surface of the stator, i.e. covers these tubes, which leads to the appearance of emf on them. The tubes from the ends of the stator are interconnected through collectors, which leads to the formation of short-circuited circuits. The parasitic electric current flowing through them leads to an increase in losses in the stator of the electric machine and to its additional heating.
Металлические трубки в отверстиях каналов охлаждения соприкасаются с листами электротехнической стали и имеют с ними электрический контакт, что также приводит к образованию короткозамкнутых контуров, дополнительным потерям и к ухудшению охлаждения статора электрической машины.Metal tubes in the holes of the cooling channels are in contact with electrical steel sheets and have electrical contact with them, which also leads to the formation of short-circuited loops, additional losses and deterioration of the stator cooling of the electric machine.
К ухудшению охлаждения и увеличению потерь в статоре известной электрической машины приводит также наличие технологических зазоров между трубками и каналами сердечника статора, обладающих повышенным тепловым сопротивлением. Перепад температур на этих зазорах приводит к увеличению температуры сердечника статора и, соответственно, его обмоток. Увеличение температуры обмоток, вследствие положительного температурного коэффициента электрического сопротивления обмоточного провода, сопровождается увеличением электрического сопротивления обмоток и соответствующим увеличением потерь в обмотках и в целом в статоре.The deterioration of cooling and an increase in losses in the stator of a known electric machine is also caused by the presence of technological gaps between the tubes and channels of the stator core, which have an increased thermal resistance. The temperature difference on these gaps leads to an increase in the temperature of the stator core and, accordingly, its windings. An increase in the temperature of the windings, due to the positive temperature coefficient of electrical resistance of the winding wire, is accompanied by an increase in the electrical resistance of the windings and a corresponding increase in losses in the windings and in general in the stator.
Снижение эффективности охлаждения статора известной электрической машины обусловлено также отсутствием передачи тепла от статора через узлы крепления этой электрической машины на механизмы, к которым она присоединена.The decrease in the cooling efficiency of the stator of a known electric machine is also due to the lack of heat transfer from the stator through the attachment points of this electric machine to the mechanisms to which it is attached.
Техническим результатом, на достижение которого направлено данное изобретение, является улучшение охлаждения статора при одновременном снижении потерь в нем.The technical result, the achievement of which this invention is directed, is to improve the cooling of the stator while reducing losses in it.
При этом под улучшением охлаждения подразумевается снижение температуры статора - его сердечника и обмоток, обусловленное улучшением отвода тепла от них через сердечник статора, и/или уменьшением потерь - снижением выделения тепла в сердечнике, обмотке и/или в элементах системы охлаждения (трубках, каналах).At the same time, improving cooling means reducing the temperature of the stator - its core and windings, due to the improvement of heat removal from them through the stator core, and / or reducing losses - reducing heat generation in the core, winding and / or elements of the cooling system (tubes, channels) .
В электрической машине с жидкостным охлаждением статора, содержащей сердечник статора с обмоткой, набранный из листов электротехнической стали, в спинке которого выполнены герметизированные каналы, соединенные между собой последовательно и/или параллельно с помощью коллекторов, приспособленных для подвода и отвода жидкости, охлаждаемой во внешнем теплообменнике, подшипниковые щиты и ротор с валом, указанный технический результат достигается за счет того, что для обеспечения герметизации каналов зазоры между листами электротехнической стали заполнены герметизирующим компаундом или клеем и/или в этих каналах размещены трубки с дополнительной реализацией одного или одновременно нескольких следующих технических решений:In an electric machine with a liquid-cooled stator containing a stator core with a winding, assembled from electrical steel sheets, in the back of which sealed channels are made, connected together in series and / or in parallel using collectors adapted for supplying and discharging liquid cooled in an external heat exchanger , bearing shields and a rotor with a shaft, this technical result is achieved due to the fact that, to ensure the sealing of the channels, the gaps between electrical sheets oh steel filled with sealing compound or adhesive and / or in these channels has a tube with the implementation of one or more simultaneously more of the following technical solutions:
- трубки выполнены из электроизоляционного, и/или из магнитопроводящего материала, и/или из металла, изолированного от листов электротехнической стали и/или по меньшей мере от одного коллектора;- tubes are made of electrical insulating and / or magnetically conductive material, and / or of metal, insulated from electrical steel sheets and / or at least one collector;
- трубки размещены с заполнением зазоров между этими трубками и листами электротехнической стали теплопроводящим компаундом или клеем;- tubes are placed with filling gaps between these tubes and electrical steel sheets with heat-conducting compound or glue;
- трубки выполнены из материала, допускающего их установку в каналы с использованием развальцовки, или запрессовки, или гидроопрессовки, или пневмоопрессовки, или вплавления в поверхность этих каналов и, соответственно, установлены с обеспечением теплового контакта с листами электротехнической стали с помощью этой технологии.- tubes are made of a material that allows them to be installed in channels using flaring, or pressing in, or hydropressing, or pneumatic pressing, or melting into the surface of these channels and, accordingly, are installed to ensure thermal contact with electrical steel sheets using this technology.
В изобретении, реализованном в соответствии с другим независимым пунктом его формулы, указанный технический результат достигается за счет того, что электрическая машина присоединена непосредственно к редуктору или к корпусу маховика двигателя внутреннего сгорания (ЛВС) с помощью болтов или шпилек, проходящих через отверстия спинке сердечника статора, приспособленные для такого присоединения.In the invention, implemented in accordance with another independent claim of its formula, this technical result is achieved due to the fact that the electric machine is connected directly to the gearbox or to the flywheel housing of the internal combustion engine (LAN) using bolts or studs passing through the holes in the back of the stator core adapted for such an attachment.
Кроме того, для достижения указанного технического результата, в частности:In addition, to achieve the technical result, in particular:
а) коллекторы размещены или реализованы внутри подшипниковых щитов около их наружных поверхностей или прикреплены к этим поверхностям;a) collectors are placed or implemented inside the bearing shields near their outer surfaces or attached to these surfaces;
б) каналы выполнены аксиальными, а их число выбрано равным числу зубцов сердечника статора, причем каналы размещены напротив этих зубцов, а участки пазов сердечника статора, обращенные к каналам, скруглены;b) the channels are axial, and their number is chosen equal to the number of teeth of the stator core, and the channels are placed opposite these teeth, and the sections of the stator core slots facing the channels are rounded;
в) между подшипниковыми щитами и торцевыми поверхностями спинки сердечника статора размещены кольцевые нажимные элементы с отверстиями, расположенными в направлении продолжения каналов в этом сердечнике, причем между поверхностями соприкосновения этих элементов со спинкой сердечника статора и подшипниковыми щитами нанесен герметизирующий компаунд и/или установлены прокладки;c) annular pressure elements with openings located in the direction of continuation of channels in this core are placed between the bearing shields and end surfaces of the stator core, and a sealing compound is applied between the contact surfaces of these elements with the back of the stator core and bearing shields;
г) каналы и размещенные в них трубки в их поперечном сечении имеют круглую, плоскоовальную или треугольную форму со скругленными или острыми углами;d) channels and tubes placed in them in their cross section have a round, flat-oval or triangular shape with rounded or sharp corners;
д) трубки выполнены из теплопроводящего электроизоляционного материала, или из магнитомягкой стали, или из магнитомягкого композиционного материала, или из магнитопроводящего эластомера, термопласта или реактопласта;e) the tubes are made of heat-conducting electrically insulating material, or of magnetically soft steel, or of magnetically soft composite material, or of magnetically conducting elastomer, thermoplastic or thermo-plastic;
е) наружные размеры трубок до их установки в каналы сердечника статора выбраны равными размерам этих каналов в нагретом состоянии сердечника статора или меньше размеров этих каналов на величину, не превышающую величину их теплового расширения;e) the outer dimensions of the tubes before their installation into the channels of the stator core are chosen equal to the sizes of these channels in the heated state of the stator core or less than the sizes of these channels by an amount not exceeding the value of their thermal expansion;
ж) трубки впрессованы в каналы статора, вклеены в эти каналы с использованием теплопроводного клея или компаунда, вплавлены в поверхность этих каналов или развальцованы в них;g) the tubes are pressed into the channels of the stator, glued into these channels with the use of heat-conducting glue or compound, fused to the surface of these channels or flared into them;
з) трубки выполнены из металла и имеют оксидную пленку или изоляционное покрытие их поверхностей, соприкасающихся с листами электротехнической стали, и/или по меньшей мере с одним коллектором и/или кольцевым нажимным элементом;h) the tubes are made of metal and have an oxide film or an insulating coating of their surfaces in contact with electrical steel sheets and / or with at least one collector and / or an annular pressure element;
и) статор имеет бескорпусную конструкцию, а листы электротехнической стали его сердечника склеены между собой или скреплены аксиально установленными шпильками или болтами;i) the stator has a packageless design, and the electrical steel sheets of its core are glued together or fastened axially with studs or bolts;
к) количество и взаимное расположение отверстий в сердечнике статора, приспособленных для присоединения электрической машины к корпусу маховика ДВС, совпадает с количеством и взаимным расположением отверстий под крепежные болты на корпусе маховика ДВС, в частности, их количество равно 8, 12 или 16, а расположение соответствует спецификации стандарта SAE J617 в части размеров корпуса маховика ДВС;j) the number and mutual arrangement of the holes in the stator core, adapted for connecting the electric machine to the housing of the flywheel of the internal combustion engine, coincides with the number and mutual arrangement of the holes for the mounting bolts on the housing of the flywheel of the internal combustion engine, in particular, their number is 8, 12 or 16, and the location complies with the SAE J617 standard specification regarding the size of the engine flywheel housing;
л) отверстия, приспособленные для присоединения электрической машины к редуктору или к корпусу маховика ДВС, расположены в спинке статора вблизи его наружной поверхности между зубцами его сердечника;l) holes adapted to attach the electric machine to the gearbox or to the housing of the flywheel of the internal combustion engine are located in the back of the stator near its outer surface between the teeth of its core;
м) каналы выполнены аксиальными и размещены напротив зубцов сердечника статора, а количество отверстий, приспособленных для присоединения электрической машины к редуктору или к корпусу маховика ДВС, равно числу или меньше числа зубцов сердечника статора в целое число раз;m) the channels are axial and placed opposite the teeth of the stator core, and the number of holes adapted to connect the electric machine to the gearbox or to the housing of the flywheel of the engine is equal to or less than the number of teeth of the stator core by an integer number of times;
н) статор имеет бескорпусную конструкцию, а листы электротехнической стали его сердечника склеены между собой и/или скреплены втулками, размещенными в отверстиях сердечника статора, причем внутри этих втулок расположены шпильки или болты, приспособленные для присоединения электрической машины к редуктору или к корпусу маховика ДВСn) the stator has a packageless design, and electrical steel sheets of its core are glued to each other and / or fastened by bushings placed in the holes of the stator core, and inside these sleeves are studs or bolts adapted to attach the electrical machine to the gearbox or to the body of the engine flywheel
Указанные отличительные признаки изобретения обеспечивают повышение эффективности охлаждения статора, в том числе его обмоток, при одновременном снижения потерь в сердечнике и/или в обмотках за счет размещения каналов с охлаждающей жидкостью непосредственно внутри сердечника статора с обеспечением кратчайшего пути распространения теплового потока от активных тепловыделяющих частей статора до границы с охлаждающей жидкостью, а также за счет сокращения теплового сопротивления на пути распространения этого теплового потока.These distinctive features of the invention provide an increase in the efficiency of cooling the stator, including its windings, while simultaneously reducing losses in the core and / or in the windings by placing channels with coolant directly inside the stator core, ensuring the shortest path of heat flow from the active heat-generating parts of the stator to the border with the coolant, as well as by reducing the thermal resistance in the path of propagation of this heat flux.
В том числе, реализация первого альтернативного признака изобретения, предусматривающего герметизацию каналов сердечника статора путем заполнения зазоров между листами электротехнической стали герметизирующим компаундом или клеем без установки дополнительных трубок, обеспечивает улучшение охлаждения статора благодаря достижению минимально возможного теплового сопротивления между листами электротехнической стали и охлаждающей жидкостью за счет их непосредственного контакта. Заполнение воздушных зазоров между листами электротехнической стали компаундом или клеем приводит также к небольшому (ввиду малой величины этих зазоров) улучшению отвода тепла от обмоток за счет того, что компаунд или клей имеют, по сравнению с воздухом, значительно более высокую теплопроводность.In particular, the implementation of the first alternative feature of the invention, which involves sealing the channels of the stator core by filling gaps between electrical steel sheets with a sealing compound or glue without installing additional tubes, improves the cooling of the stator by achieving the lowest possible thermal resistance between the electrical steel sheets and the cooling fluid due to their direct contact. Filling air gaps between electrical steel sheets with a compound or glue also leads to a small (due to the small size of these gaps) improvement in heat removal from the windings due to the fact that the compound or glue has a significantly higher thermal conductivity compared to air.
Улучшение охлаждения статора с соответствующим снижением температуры его сердечника и обмоток обеспечивает также снижение потерь в обмотках по причине снижения величины их электрического сопротивления, поскольку провод в обмотках имеет положительный температурный коэффициент электрического сопротивления.Improving the cooling of the stator with a corresponding decrease in the temperature of its core and windings also reduces the losses in the windings due to a decrease in their electrical resistance, since the wire in the windings has a positive temperature coefficient of electrical resistance.
Реализация второго альтернативного признака изобретения, согласно которому трубки с охлаждающей жидкостью выполнены из электроизоляционного материала, преимущественно с высокой теплопроводностью, или из металла, изолированного от листов электротехнической стали и/или по меньшей мере от одного коллектора (благодаря применению трубок из металла, имеющих оксидную пленку или изоляционное покрытие), позволяет исключить короткозамкнутые контуры, образованные этими трубками. Благодаря этому исключаются паразитные электрические токи, которые в прототипе вызваны тем, что при работе электрической машины трубки, расположенные внутри сердечника статора, частично охватываются переменным магнитным потоком, протекающим в его спинке. Исключение дополнительного нагрева этими токами приводит к снижению потерь в статоре и к улучшению его охлаждения.The implementation of the second alternative feature of the invention, according to which the coolant tubes are made of electrically insulating material, preferably with high thermal conductivity, or of metal insulated from electrical steel sheets and / or at least one collector (due to the use of metal tubes having an oxide film or insulating coating), eliminates the short-circuited contours formed by these tubes. Due to this, parasitic electric currents are excluded, which in the prototype are caused by the fact that when an electric machine is operated, the tubes located inside the stator core are partially covered by a variable magnetic flux flowing in its back. The elimination of additional heating by these currents leads to a decrease in losses in the stator and to an improvement in its cooling.
В случае реализации следующего альтернативного отличительного признака, заключающегося в выполнении трубок из магнитопроводящего материала, в частности, из магнитомягкой стали, магнитомягкого композиционного материала или магнитопроводящего эластомера, термопласта или реактопласта, часть магнитного потока в спинке сердечника статора протекает в теле этих трубок. В результате перераспределения магнитного потока происходит снижение величины индукции в спинке статора и уменьшение соответствующих потерь на перемагничивание электротехнической стали. Одновременно со снижением потерь достигается снижение температуры статора электрической машины, т.е. улучшение его охлаждения.In the case of the implementation of the following alternative feature consisting in making tubes of magnetically conductive material, in particular, of magnetically soft steel, magnetically soft composite material or magnetically conducting elastomer, thermoplastic or thermoset, a portion of the magnetic flux in the back of the stator core flows in the body of these tubes. As a result of the redistribution of the magnetic flux, there is a decrease in the magnitude of induction in the back of the stator and a decrease in the corresponding losses in magnetic field reversal of electrical steel. Simultaneously with the reduction of losses, the temperature of the stator of the electric machine, i.e. improving its cooling.
Заполнение теплопроводящим компаундом или клеем зазоров между трубками с охлаждающей жидкостью и листами электротехнической стали в каналах, в которых размещены эти трубки, предусмотренное еще одним альтернативном отличительным признаком изобретения, позволяет уменьшить тепловое сопротивление между сердечником статора и этими трубками и, соответственно, обеспечивает улучшение охлаждения статора. Снижение температуры его обмоток приводит к уменьшению их активного сопротивления и, соответственно, к снижению потерь в статоре, поскольку провод в обмотках имеет положительный температурный коэффициент электрического сопротивления.Filling with a heat-conducting compound or glue gaps between coolant tubes and electrical steel sheets in the channels in which these tubes are provided, provided by another alternative feature of the invention, reduces the thermal resistance between the stator core and these tubes and, accordingly, improves the stator cooling . A decrease in the temperature of its windings leads to a decrease in their active resistance and, accordingly, to a decrease in losses in the stator, since the wire in the windings has a positive temperature coefficient of electrical resistance.
По этим же причинам улучшение охлаждения статора при одновременном снижении потерь в нем достигается при реализации следующего альтернативного отличительного признака изобретения, согласно которому трубки выполнены из материала, допускающего их установку в каналы с использованием развальцовки, запрессовки, гидроопрессовки, пневмоопрессовки или вплавления в поверхность этих каналов. Реализация любой из этих технологий установки трубок в аксиальные каналы сердечника статора обеспечивает минимальное тепловое сопротивление между листами электротехнической стали и трубками и, соответственно, минимальный перепад температур между охлаждающей жидкостью и сердечником статора. Соответствующее снижение температуры обмоток приводит к снижению температуры обмоток, потерь в них и в статоре в целом.For the same reasons, improving the cooling of the stator while reducing losses in it is achieved by implementing the following alternative feature of the invention, according to which the tubes are made of a material that allows their installation in channels using flaring, pressing in, hydro pressing, pneumatic pressing or melting into the surface of these channels. The implementation of any of these technologies for installing tubes in the axial channels of the stator core provides the minimum thermal resistance between electrical steel sheets and tubes and, accordingly, the minimum temperature difference between the cooling fluid and the stator core. A corresponding decrease in the temperature of the windings leads to a decrease in the temperature of the windings, losses in them and in the stator as a whole.
Реализация отличительных признаков второго независимого пункта формулы изобретения, предусматривающего выполнение в спинке сердечника статора дополнительных отверстий, приспособленных для присоединения электрической машины непосредственно к редуктору или к корпусу маховика ДВС с помощью болтов или шпилек, проходящих через эти отверстия, обеспечивает улучшение охлаждения статора за счет передачи тепла от статора через передний подшипниковый щит на корпус редуктора или маховика ДВС. В этом случае в дополнение к жидкостному охлаждению статора осуществляется также его охлаждение путем передачи тепла через достаточно большие поверхности соприкосновения подшипникового щита с корпусом редуктора или маховика ДВС. Улучшение охлаждения статора и соответствующее снижение температуры его обмоток обеспечивает также снижение потерь в статоре за счет снижения электрического сопротивления его обмоток.The implementation of the distinctive features of the second independent claim, providing for the addition of holes in the back of the stator core, adapted to attach the electric machine directly to the gearbox or to the housing of the flywheel of the internal combustion engine using bolts or studs passing through these holes, provides improved cooling of the stator due to heat transfer from the stator through the front bearing shield to the gear case or the flywheel of the engine. In this case, in addition to the liquid cooling of the stator, it is also cooled by transferring heat through sufficiently large contact surfaces of the bearing shield to the gearbox housing or the internal combustion engine. Improving the cooling of the stator and a corresponding decrease in the temperature of its windings also reduces the losses in the stator by reducing the electrical resistance of its windings.
В частных альтернативных вариантах реализации изобретения, указанных в зависимых пунктах его формулы, также достигается указанный технический результат.In private alternative embodiments of the invention specified in the dependent claims of its formula, the specified technical result is also achieved.
В частности, размещение или реализация коллекторов внутри подшипниковых щитов около их наружных поверхностей, либо их крепление к этим поверхностям, а также размещение между подшипниковыми щитами и торцевыми поверхностями спинки сердечника статора кольцевых нажимных элементов с отверстиями, расположенными в направлении продолжения каналов в этом сердечнике, с установкой прокладок и/или с заполнением неровностей и зазоров герметизирующим компаундом, обеспечивает улучшение охлаждения статора и соответствующее снижение потерь в нем за счет интенсификации отвода тепла с торцевых поверхностей этой спинки.In particular, the placement or sale of collectors inside the bearing shields near their outer surfaces, or their attachment to these surfaces, as well as the placement between the bearing shields and the end surfaces of the back of the stator core of the annular pressure elements with openings located in the direction of continuation of the channels in this core, with installing gaskets and / or with filling irregularities and gaps with a sealing compound, provides improved cooling of the stator and a corresponding reduction in losses in it and due to the intensification of heat removal from the end surfaces of this back.
Реализация аксиальных каналов, число которых равно числу зубцов сердечника статора, с их размещением напротив зубцов трапецеидальной формы со скруглением участков пазов сердечника статора, обращенных к этим каналам, позволяет, во-первых, максимально приблизить каналы с охлаждающей жидкостью к тепловыделяющим участкам статора и, во-вторых, увеличить сечение магнитопровода в промежутках между пазами статора и каналами. Это приводит к улучшению охлаждения статора и снижению потерь в нем за счет уменьшения потерь на перемагничивание электротехнической стали в указанных промежутках.The implementation of axial channels, the number of which is equal to the number of teeth of the stator core, with their placement opposite the trapezoidal teeth with rounded sections of the slots of the stator core facing these channels, allows, firstly, to bring the coolant channels as close as possible to the heat-generating stator sections and, in - second, to increase the cross section of the magnetic circuit in the intervals between the stator slots and channels. This leads to an improvement in the cooling of the stator and a decrease in losses in it due to the reduction of losses due to the magnetization reversal of electrical steel in specified intervals.
К улучшению охлаждения статора и снижению потерь в нем приводит также реализация каналов и размещенных в них трубок треугольной формы со скругленными или острыми углами. Периметр треугольника больше, чем длина окружности круга равной площади. Благодаря этому увеличивается площадь контакта трубок с сердечником статора и, соответственно, эффективность его охлаждения. Кроме того, реализация каналов и трубок треугольной формы с максимальным расположением их сторон параллельно магнитным силовым линиям приводит к минимизации влияния каналов на прохождение магнитного потока в сердечнике, что увеличивает его эффективное сечение и снижает потери на перемагничивание электротехнической стали.The implementation of channels and triangular-shaped tubes with rounded or sharp corners also leads to an improvement in the cooling of the stator and reduction of losses in it. The perimeter of the triangle is greater than the circumference of a circle of equal area. Due to this, the contact area of the tubes with the stator core increases and, accordingly, its cooling efficiency. In addition, the implementation of channels and tubes of a triangular shape with the maximum arrangement of their sides parallel to magnetic lines of force leads to minimizing the effect of channels on the passage of magnetic flux in the core, which increases its effective cross section and reduces losses on the magnetization reversal of electrical steel.
Установка в каналы сердечника статора трубок, наружные размеры которых до этой установки меньше или равны размерам этих каналов в нагретом состоянии сердечника статора, предусмотренное другим частным альтернативным признаком изобретения, приводит к улучшению теплового контакта трубок с сердечником статора, за счет того, что сердечник статора более плотно охватывает указанные трубки после своего сжатия при охлаждении. Это также обеспечивает улучшение охлаждение статора и соответствующее снижение потерь в нем за счет снижения температуры обмоток.Installing tubes in the stator core channels, the outer dimensions of which before this installation are smaller or equal to the dimensions of these channels in the heated state of the stator core, provided for by another private alternative feature of the invention, leads to an improvement in the thermal contact of the tubes with the stator core due to the fact that the stator core is more tightly covers the specified tube after its compression during cooling. It also provides improved cooling of the stator and a corresponding reduction in losses in it by reducing the temperature of the windings.
Реализация бескорпусной конструкции статора, при которой листы электротехнической стали его сердечника склеены между собой или скреплены аксиально установленными шпильками или втулками, размещенными в отверстиях этого сердечника, позволяет уменьшить тепловое сопротивление между сердечником статора и окружающей средой за счет отсутствия внешнего корпуса. В данном случае улучшение охлаждения статора достигается за счет того, что в дополнение к жидкостному охлаждению статора реализуется естественная или принудительная воздушная вентиляция его наружной поверхности.The implementation of the stator frameless design, in which the electrical steel sheets of its core are glued together or fastened with axially mounted studs or bushings placed in the holes of this core, reduces the thermal resistance between the stator core and the environment due to the absence of an external case. In this case, improvement of the stator cooling is achieved due to the fact that, in addition to the liquid cooling of the stator, natural or forced air ventilation of its outer surface is realized.
Выбор количества (8, 12 или 16) и взаимного расположения отверстий в сердечнике статора, использующихся для присоединения электрической машины к корпусу маховика ДВС, в соответствии со спецификацией стандарта SAE J617, а также расположение этих отверстий в спинке сердечника статора вблизи его наружной поверхности между зубцами сердечника напротив его пазов, позволяет минимизировать влияние этих отверстий на распространение магнитного потока в спинке сердечника статора, что приводит к уменьшению величины индукции магнитного поля в этой спинке, к соответствующему снижению потерь на перемагничивания в электротехнической стали и температуры статора (к улучшению его охлаждения).Selection of the number (8, 12 or 16) and the relative position of the holes in the stator core used to connect the electric machine to the housing of the flywheel of the engine, in accordance with the specification of SAE J617, as well as the location of these holes in the back of the stator core near its outer surface between the teeth core opposite its grooves, allows to minimize the effect of these holes on the propagation of magnetic flux in the back of the stator core, which leads to a decrease in the magnitude of the magnetic field in this spin e, a corresponding reduction in loss of magnetization reversal in an electrical steel and the stator temperature (to improve its cooling).
Выбор количества отверстий, использующихся для присоединения электрической машины к корпусу редуктора или маховика ДВС, равным числу или меньше числа зубцов сердечника статора в целое число раз обеспечивает максимальное удаление этих отверстий от зубцов статора. Это также обеспечивает минимизацию влияния этих отверстий на распространение магнитного потока в спинке сердечника статора и достижение того же технического результата по аналогичным причинам.The choice of the number of holes used to attach the electric machine to the gearbox housing or the flywheel of the engine, equal to or less than the number of teeth of the stator core, provides the maximum distance of these holes from the stator teeth. It also minimizes the influence of these holes on the propagation of magnetic flux in the back of the stator core and the achievement of the same technical result for similar reasons.
Поэтому реализация различных альтернативных отличительных признаков изобретения, приведенных как в независимых, так и в зависимых пунктах его формулы, приводит к достижению одного и того же технического результата - к улучшению охлаждения статора при одновременном снижении потерь в нем.Therefore, the implementation of various alternative features of the invention, given in both independent and dependent clauses of its formula, leads to the achievement of the same technical result - to improve the cooling of the stator while reducing losses in it.
При этом улучшение охлаждения статора, т.е. снижение его температуры, достигается благодаря реализации как одного из указанных (любого), так и одновременно нескольких отличительных признаков предложенного изобретения их любом сочетании.At the same time, the improvement of the stator cooling, i.e. a decrease in its temperature is achieved due to the implementation of one of the indicated (any), and at the same time several distinctive features of the proposed invention, any combination thereof.
Например, если для герметизации каналов зазоры между листами электротехнической стали заполнены герметизирующим компаундом или клеем, то в дополнение к этому в каналах могут быть размещены изолированные трубки. В этом случае непосредственный контакт охлаждающей жидкости с листами электротехнической стали отсутствует. Однако заполнение зазоров между листами герметизирующим компаундом или клеем позволяет улучшить охлаждение статора и снизить потери в нем за счет того, передача тепла от обмоток осуществляется не только вдоль листов электротехнической стали, но и по компаунду или клею между этими листами, имеющему по сравнению с воздухом более высокую теплопроводность.For example, if gaps between electrical steel sheets are filled with a sealing compound or glue to seal the ducts, in addition to this, insulated tubes can be placed in the ducts. In this case, the direct contact of the coolant with electrical steel sheets is absent. However, filling the gaps between the sheets with a sealing compound or glue can improve the cooling of the stator and reduce losses in it due to the fact that heat transfer from the windings is carried out not only along the electrical steel sheets, but also over the compound or glue between these sheets, which has more high thermal conductivity.
Если в дополнение к этому трубки выполнены их магнитопроводящего материала, то происходит снижение потерь в сердечнике статора и дополнительное улучшение его охлаждения за счет перераспределения магнитного потока и уменьшения потерь на перемагничивание электротехнической стали.If, in addition to this, the tubes are made of a magnetically conducting material, then there is a reduction in losses in the stator core and a further improvement in its cooling due to the redistribution of the magnetic flux and a decrease in the magnetization reversal loss of electrical steel.
Реализация одного из этих технических решений или их комбинации не исключает возможности дополнительно заполнить зазоры между трубками и листами электротехнической стали теплопроводящим компаундом или клеем, улучшив тем самым охлаждение статора и уменьшив потери в нем. Кроме того, независимо от наличия между трубками и каналами и между листами электротехнической стали компаунда или клея, может быть реализована развальцовка, запрессовка, гидроопрессовка, пневмоопрессовка или вплавление трубок в поверхность этих каналов с соответствующим дополнительным улучшением охлаждения и снижением потерь в статоре электрической машины.The implementation of one of these technical solutions or their combination does not exclude the possibility of additionally filling the gaps between the tubes and electrical steel sheets with a heat-conducting compound or glue, thereby improving the cooling of the stator and reducing losses in it. In addition, regardless of the presence of compound or glue between the tubes and channels and between electrical steel sheets, flaring, pressing in, hydropressing, pneumatic pressing or fusing the tubes to the surface of these channels can be realized with a corresponding additional improvement in cooling and reducing losses in the stator of the electric machine.
Реализация различных вариантов герметизации каналов не препятствует также выполнению в спинке статора отверстий, использующихся для присоединения электрической машины непосредственно к редуктору или к корпусу маховика ДВС с соответствующим улучшением охлаждения статора и снижением потерь в нем за счет передачи тепла от спинки статора через подшипниковый щит на корпус маховика.The implementation of various ways to seal the channels also does not prevent the holes in the stator's back to be used to connect the electric machine directly to the gearbox or to the housing of the flywheel of the internal combustion engine with a corresponding improvement in stator cooling and reducing losses in it due to heat transfer from the stator back through the bearing shield to the flywheel .
На фиг.1 и фиг.2 схематично показана электрическая машина с жидкостным охлаждением статора и ее отдельные элементы.Figure 1 and figure 2 schematically shows an electric machine with a liquid-cooled stator and its individual elements.
Электрическая машина может быть электрическим двигателем и/или генератором. По принципу своего действия она может быть вентильно-индукторной (вентильной реактивной, вентильной индукторно-реактивной) (ВРД, ВИД, ВИРД) без постоянных магнитов и обмоток на роторе, именуемой в зарубежной технической литературе как электродвигатель с переменным магнитным сопротивлением: «SRM» (Switched Reluctance Motor), синхронной с постоянными магнитами на роторе, именуемой в зарубежной литературе: «PMSM» (Permanent Magnet Synchronous Motor), «BLDC» (Brushless Direct Current Motor) или «РМа-SynRM» (Permanent magnet-assisted synchronous reluctance machines), с комбинированным (гибридным) электромагнитным и магнитоэлектрическим возбуждением: «HEFSM» (Hybrid excitation flux switching motor), а также асинхронной: «IM» (Induction motor) с короткозамкнутым или фазным ротором.An electric machine can be an electric motor and / or a generator. By the principle of its action, it can be a valve-inductor (valve-jet, valve-inductor-jet) (WFD, VID, VIRD) without permanent magnets and windings on the rotor, referred to in foreign technical literature as an electric motor with variable magnetic resistance: “SRM” ( Switched Reluctance Motor), synchronous with permanent magnets on the rotor, referred to in foreign literature: “PMSM” (Permanent Magnet Synchronous Motor), “BLDC” (Brushless Direct Current Motor) or “PMA-SynRM” (Permanent magnet-assisted synchronous reluctance machines ), with a combined (hybrid) electromagnetic and magnesium electric excitation: “HEFSM” (Hybrid excitation flux switching motor); and also asynchronous: “IM” (Induction motor) with a squirrel or phase rotor.
Она содержит сердечник 1 статора, набранный из листов (пластин) 2 электротехнической стали, с сосредоточенной или распределенной обмоткой 3, размещенной в пазах 4 этого сердечника на его зубцах (между зубцами) 5.It contains the
В спинке сердечника 1 выполнены аксиальные герметизированные каналы 6. Их число выбрано равным числу зубцов 5 сердечника 1. Каналы размещены напротив этих зубцов, а участки пазов 4 сердечника, обращенные к этим каналам, скруглены.In the back of the
Каналы 6 гидравлически соединены между собой с помощью коллекторов 7, 8, представляющих собой кольцевые камеры с поперечными перегородками или без них. Коллекторы расположены, преимущественно, внутри подшипниковых щитов 9, 10 ближе к их наружным поверхностям, либо прикреплены к ним с наружной стороны электрической машины. Они могут быть изготовлены в виде отдельных деталей или представлять собой внутренние полости подшипниковых щитов 9, 10, отлитых из алюминиевого сплава.
Каналы 6 соединены между собой последовательно, параллельно или по смешанной схеме. Если сердечник статора имеет, например, 16 каналов, то все эти каналы могут быть соединены между собой последовательно, или параллельно, или объединены в 8 ветвей, каждая их которых содержит по 2 последовательно соединенных канала, или объединены в 4 ветви по 4 последовательно соединенных канала в каждой, или в 2 ветви по 8 последовательно соединенных каналов. Выбор соединения осуществляется путем установки перегородок (перемычек) в коллекторах.
Подвод и отвод охлаждающей жидкости Q (вода, масло, антифриз и т.д.) осуществляется через подводящий (входной) и отводящий (выходной) штуцеры (патрубки, фитинги) 11, 12. Охлаждающая жидкость прокачивается через каналы 6, коллекторы 7, 8 и внешний теплообменник с помощью циркуляционного насоса (на чертежах условно не показаны).Coolant Q (water, oil, antifreeze, etc.) is supplied and discharged through the inlet (inlet) and outlet (outlet) fittings (pipes, fittings) 11, 12. The coolant is pumped through
В дополнение к жидкостному охлаждению может применяться воздушное конвективное (естественное) или принудительное (с помощью внешнего вентилятора) охлаждение наружной поверхности сердечника 1 статора.In addition to liquid cooling, air convective (natural) or forced (using an external fan) cooling of the outer surface of the
Между подшипниковыми щитами 9, 10 и торцевыми поверхностями спинки сердечника 1 статора могут быть размещены кольцевые нажимные элементы (плиты, кольца) 13, 14 с радиальными отверстиями, расположенными соосно с каналами 6 сердечника статора (в направлении продолжения этих каналов) и обеспечивающими протекание охлаждающей жидкости.Between the bearing shields 9, 10 and the end surfaces of the backrest of the
Буртики подшипниковых щитов 9, 10 входят в расточки нажимных элементов 13, 14, образуя внутренние замки.The shoulder of the bearing shields 9, 10 are included in the bores of the
Зазоры 15, 16 между этими элементами и торцевыми поверхностями спинки 1 сердечника статора и подшипниковых щитов, возникающие вследствие неплоскостности и шероховатости прилегающих поверхностей, могут быть заполнены герметизирующим компаундом или клеем. Если необходимо обеспечить технологичность разборки электрической машины, вместо компаунда или клея установлены прокладки.The
Ротор 17 может иметь различную конструкцию. Его магнитопровод, как правило, набран из листов электротехнической стали. Он может быть явнополюсным (зубчатым) пассивным, если электрическая машина является индукторной реактивной (SRM). Ротор может также содержать постоянные магниты, в частности интегрированные в тело ротора по V-образной схеме, или короткозамкнутую обмотку, если электрическая машина является, соответственно, машиной с постоянными магнитами (BLDC, PMSM) или асинхронной (IM).The
Пакет магнитопровода ротора 17 закреплен на валу 18, защищен от проворота шпонкой и сжат кольцами 19, 20, прикрепленными к валу 18 с помощью винтов.The package of the magnetic circuit of the
Электрическая машина может иметь бескорпусную конструкцию. В этом случае необходимая механическая прочность статора обеспечивается путем склейки между собой листов электротехнической стали 2 сердечника статора.An electric machine may have a packageless design. In this case, the required mechanical strength of the stator is ensured by gluing together between a sheet of
Склейка может осуществляться путем предварительного несения клея (компаунда) на каждую сторону отдельного листа, последующей сборки листов в пакет на оправку, сжатия пакета и его термообработки для отверждения клея.Gluing can be carried out by pre-carrying the adhesive (compound) on each side of a single sheet, then assembling the sheets into a package on the mandrel, compressing the package and heat treating it to cure the adhesive.
Возможно также склеивание этого пакета капиллярным способом. В этом случае используется теплостойкий зазорозаполняющий клей, например ВК-64, эпоксидный компаунд, например типа ЭК-1М или УП-505, обладающий одновременно клеющими и пропиточными (капиллярными) свойствами. Вязкость клея (компаунда) должна обеспечивать его проникновение в зазоры между соседними листами (не более нескольких микрон). При использовании этой технологии листы набираются в пакет на оправку и сжимаются по торцам тарированной пружиной с небольшим усилием. После этого к боковой поверхности пакета подводится клей (компаунд). Благодаря капиллярным свойствам (силам), клей приникает в зазоры между листами, смачивая их боковые поверхности. Для ускорения процесса проникновения клея оправка с пакетом может предварительно нагреваться. После этого пакет дополнительно подпрессовывается и далее подвергается термообработке в соответствии с режимом отверждения клея.It is also possible gluing this package capillary method. In this case, heat-resistant zazorozapolnyayuschiy glue is used, for example, VK-64, epoxy compound, for example, type EK-1M or UP-505, which simultaneously has adhesive and impregnating (capillary) properties. The viscosity of the glue (compound) should ensure its penetration into the gaps between adjacent sheets (no more than a few microns). When using this technology, sheets are drawn into the package on the mandrel and compressed at the ends with a calibrated spring with little effort. After that, glue (compound) is applied to the side surface of the package. Due to the capillary properties (forces), the adhesive penetrates into the gaps between the sheets, wetting their side surfaces. To speed up the process of penetration of the adhesive mandrel with the package can be preheated. After this package is additionally podpisovyvaetsya and then subjected to heat treatment in accordance with the mode of curing of the adhesive.
Склейка листов электротехнической стали кроме повышения механической прочности статора обеспечивает герметизацию каналов 6 в его сердечнике.Gluing electrical steel sheets in addition to increasing the mechanical strength of the stator provides sealing
При отсутствии склейки, либо в дополнение к ней, листы электротехнической стали сердечника статора могут быть скреплены между собой аксиально установленными шпильками или болтами 21. Для этого в спинке 1 сердечника статора, предпочтительно вблизи его наружной поверхности между зубцами 5, дополнительно выполнены отверстия 22.In the absence of gluing, or in addition to it, sheets of electrical steel of the stator core can be fastened together with axially mounted studs or
Шпильки или болты 21 через эти отверстия стягивают между собой подшипниковые щиты 9, 10, либо кольцевые нажимные элементы 13, 14.Studs or
С помощью этих шпилек или болтов электрическая машина может быть соединена непосредственно с корпусом внешнего редуктора, например, колесного или бортового редуктора, с корпусом коробки передач трансмиссии и т.д.Using these studs or bolts, an electric machine can be connected directly to an external gearbox housing, for example, a wheel or onboard gearbox, to a transmission box housing, etc.
В случае соединения с корпусом 23 маховика 24 ДВС, количество и взаимное расположение отверстий 22 в сердечнике статора и в переднем подшипниковом щите 9 совпадает с количеством и взаимным расположением отверстий под крепежные болты в корпусе 23 маховика ДВС. Количество этих отверстий равно 8, 12 или 16, а их взаимное положение соответствует спецификации стандарта SAE J617 в части размеров корпуса маховика ДВС.In the case of connection with the
С целью уменьшения влияния отверстий 22 на распространение магнитного потока в спинке сердечника статора, они расположены преимущественно напротив пазов 4 сердечника статора, а их количество равно числу или меньше числа зубцов этого сердечника в целое число раз.In order to reduce the effect of the
В эти отверстия могут быть вставлены и развальцованы, запрессованы или вклеены втулки 25, внутри которых проходят указанные шпильки или болты 21. Втулки обеспечивают необходимую прочность статора до присоединения электрической машины к редуктору или к ДВС. Например, при ее транспортировании. На фиг. 1 показан вариант реализации статора без втулок, на фиг. 2 - с втулками 25.Into these openings can be inserted and flared, pressed in or glued in the
Соединение вала 18 с первичным валом редуктора или с маховиком 24 может осуществляться непосредственно, через торсион или упругую муфту 26.The connection of the
Герметизация каналов 6, в зависимости от варианта реализации изобретения, может обеспечиваться как путем склейки между собой листов электротехнической стали, так и путем установки в эти каналы трубок 27. Причем эти трубки могут устанавливаться как при наличии, так и при отсутствии склейки листов.
Каналы 6 и размещенные в них трубки 27 в поперечном сечении могут иметь любую форму - круглую, плоскоовальную или треугольную со скругленными или острыми углами и т.д. Если каналы не круглые, то их расположение в спинке сердечника статора выбрано таким образом, чтобы их стороны были максимально приближены к направлению магнитных силовых линий в спинке статора и, соответственно, чтобы их наличие не приводило к существенному увеличению магнитного сопротивления магнитопровода статора. В частности, плоская сторона плоскоовальных каналов или одна из сторон треугольного канала расположена параллельно или симметрично наружной поверхности статора, а одна из вершин треугольного канала направлена в сторону зуба статора по его оси.The
Материал трубок выбран с повышенной теплопроводностью.The material of the tubes is selected with high thermal conductivity.
Трубки 27, в зависимости от варианта реализации изобретения, могут быть выполнены из электроизоляционного материала - теплопроводного (термопроводящего) полимерного материала. Может применяться сшитый полиэтилен, теплопроводный сополиэфирный эластомер, теплопроводный жидкокристаллический полимер, термически проводящий полиамид, термически проводящий полипропилен, термически проводящий полифениленсульфид или термопроводящий термопластичный эластомер. Трубки могут быть выполнены также из металла и/или из магнитопроводящего материала.
Если трубки, выполнены из металла - меди, латуни, алюминия или его сплавов, нержавеющей или магнитомягкой стали и т.д., то эти трубки, с целью исключения короткозамкнутых контуров, целесообразно изолировать от листов электротехнической стали 2 в каналах 6, а также от коллекторов 7, 8 и от кольцевых нажимных элементов 13, 14 (при их наличии). С этой целью применяются трубки с оксидной пленкой (например, из алюминия) или с изоляционным, предпочтительно теплопроводящим, покрытием их наружных поверхностей.If the tubes are made of metal - copper, brass, aluminum or its alloys, stainless or magnetically soft steel, etc., then these tubes, in order to exclude short-circuited circuits, are advisable to isolate from
В качестве магнитопроводящего материала трубок 27 может использоваться магнитомягкая сталь, магнитомягкий композиционный материал, а также магнитопроводящий эластомер, термопласт или реактопласт.As a magnetic conductive material of the
Трубки могут быть изготовлены путем заливки в каналы алюминия (с изоляцией от листов электротехнической стали или без изоляции) и последующего сверления.Tubes can be made by pouring aluminum into channels (with insulation from electrical steel sheets or without insulation) and subsequent drilling.
Указанное в формуле изобретения сочетание союзов «и/или», что эквивалентно «и (или)», означает, что в каналах 6 могут устанавливаться трубки, выполненные как из одного материала, так и из различных материалов в их любом сочетании. Например, часть трубок может быть выполнена из электроизоляционного материала, а часть трубок - из металла с его изоляцией от листов электротехнической стали и коллекторов. При этом все трубки или их часть могут быть выполнены из магнитопроводящего материала.Specified in the claims, the combination of the unions "and / or", which is equivalent to "and / or", means that in the
Трубки 27 независимо от материала, из которого они изготовлены, могут быть размещены в каналах 6 с заполнением зазоров (неровностей, шероховатостей, расшихтовки листов электротехнической стали и т.п.) между этими трубками и листами электротехнической стали теплопроводящим зазорозаполняющим компаундом или клеем, например, с использованием технологии капельной пропитки, либо теплопроводящей (теплопроводной) пастой.
Кроме того, эти трубки могут быть установлены в каналы 6 сердечника статора с использованием технологии, обеспечивающей достижение минимального теплового сопротивления между этими трубками и листами электротехнической стали 2 на внутренней поверхности каналов 6, а именно, с использованием развальцовки, запрессовки, гидроопрессовки, пневмоопрессовки или вплавления трубок в поверхность этих каналов.In addition, these tubes can be installed in the
В частности, трубки, вставленные с минимальным зазором в каналы 6, расширяются изнутри раскаткой роликами специального инструмента - вальцовки, путем подачи жидкости или газа под высоким давлением. При установке может использоваться нагрев трубок или сердечника статора.In particular, the tubes inserted with a minimum gap in the
Причем любая из указанных технологий может применяться при установке трубок в каналы как без теплопроводящего зазорозаполняющего компаунда или клея, так и с ним. В последнем случае, наряду с обеспечением прямого механического и теплового контакта трубок с торцами выступающих листов электротехнической стали в каналах 6, компаунд или клей заполняет зазоры между этими трубками и оставшимися утопленными листами электротехнической стали, возникающие из-за расшихтовки этих листов - несовпадения отверстий в отдельных листах электротехнической стали, образующих каналы 6, из-за технологических допусков на эти отверстия при их изготовлении. Благодаря этому снижается отрицательное влияние расшихтовки на тепловое сопротивление между сердечником статора и трубками 27.Moreover, any of these technologies can be used when installing tubes into the channels with or without a heat-conducting fumes filling compound or glue. In the latter case, along with ensuring direct mechanical and thermal contact of the tubes with the ends of the protruding electrical steel sheets in
Наружные размеры трубок 27 до их установки в каналы сердечника статора могут быть выбраны равными размерам этих каналов в нагретом состоянии сердечника статора, либо меньше этих размеров на величину, не превышающую величину теплового расширения сердечника. В этом случае перед установкой трубок в каналы 6 сердечник статора нагревается до температуры порядка 700°С, что приводит к расширению этих каналов. Трубки свободно вставляются в каналы 6. После охлаждения сердечника статора и соответствующего термического сжатия каналов 6 происходит более плотное прижатие наружных поверхностей трубок 27 к внутренним поверхностям каналов 6. Причем указанная установка трубок в нагретом состоянии сердечника статора может сочетаться с применением компаунда или клея, а также развальцовки специальным инструментом, запрессовки с предварительной калибровкой каналов, гидроопрессовки, пневмоопрессовки или вплавления трубок в поверхность каналов 6.The external dimensions of the
Предложенная электрическая машина с жидкостным охлаждением статора работает следующим образом.The proposed electric machine with a liquid-cooled stator operates as follows.
После подачи электрического напряжения на обмотки 3 электрической машины от внешнего преобразователя, инвертора или контроллера, по этим обмоткам начинает протекать электрических ток, что приводит к возникновению в сердечнике статора магнитного потока и, соответственно, крутящего момента на валу 18.After applying electric voltage to the
При этом происходит нагрев сердечника и обмоток статора. Тепло, выделяющееся в статоре, распространяется вдоль листов электротехнической стали до каналов 6 и далее передается протекающей в них охлаждающей жидкости.When this occurs, the core and the stator windings are heated. The heat generated in the stator spreads along the electrical steel sheets to the
Охлаждающая жидкость, этим теплом, из каналов 6 через штуцеры 11, 12 и коллекторы 7, 8 по отводящему трубопроводу поступает во внешний теплообменник (радиатор) и после охлаждения вновь подается на электрическую машину с помощью внешнего циркуляционного насоса. Таким образом реализуется замкнутая система жидкостного охлаждения статора.Coolant, this heat, from
С целью улучшение охлаждения и снижения потерь в статоре в предложенной электрической машине реализованы указанные выше различные альтернативные технические решения, либо их сочетания, направленные на снижение теплового сопротивления между источниками тепла и охлаждающей жидкостью, а также на снижение или предотвращение потерь, обусловленных протеканием электрического тока по короткозамкнутым контурам, увеличением сопротивления обмоток при их нагреве, а также перемагничиванием электротехнической стали.In order to improve cooling and reduce losses in the stator in the proposed electric machine, the above-mentioned various alternative technical solutions are implemented, or combinations thereof, aimed at reducing thermal resistance between heat sources and cooling fluid, as well as reducing or preventing losses due to electric current flowing through short-circuited circuits, an increase in the resistance of the windings when they are heated, as well as the remagnetization of electrical steel.
При этом обеспечивается снижение теплового сопротивления между листами электротехнической стали 2 сердечника 1 статора и трубками 27. Дополнительно реализован отвод тепла от спинки сердечника статора на корпус редуктора или маховика ДВС.This ensures a reduction in thermal resistance between the sheets of
В случае выполнения трубок 27 из магнитопроводящего материала, осуществляется перераспределение магнитного потока в спинке сердечника. Часть этого потока протекает по трубкам, что приводит к снижению величины магнитной индукции в электротехнической стали и потерь на ее перемагничивание.In the case of the execution of the
Для специалистов в данной области техники понятно, что кроме описанных вариантов конструкции электрической машины с жидкостным охлаждением статора возможны также иные варианты ее реализации на основе признаков, изложенных в формуле изобретения.For specialists in this field of technology it is clear that in addition to the described variants of the design of an electric machine with a liquid-cooled stator, other options for its implementation are also possible based on the features set forth in the claims.
Claims (16)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2018124567A RU2687560C1 (en) | 2018-07-04 | 2018-07-04 | Electric machine with liquid cooling of stator |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2018124567A RU2687560C1 (en) | 2018-07-04 | 2018-07-04 | Electric machine with liquid cooling of stator |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2687560C1 true RU2687560C1 (en) | 2019-05-15 |
Family
ID=66579135
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2018124567A RU2687560C1 (en) | 2018-07-04 | 2018-07-04 | Electric machine with liquid cooling of stator |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2687560C1 (en) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU203857U1 (en) * | 2020-03-27 | 2021-04-23 | Акционерное общество "Научно-производственное объединение "Электромашина" | Asynchronous traction electric machine for driving urban electric transport |
| RU2769742C1 (en) * | 2021-09-08 | 2022-04-05 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Уфимский государственный авиационный технический университет» | Reversed electric machine (options) |
| KR20220053656A (en) * | 2019-12-24 | 2022-04-29 | 그레이트 월 모터 컴퍼니 리미티드 | Motor cooling structures, drive assemblies and vehicles |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU131013A1 (en) * | 1959-03-30 | 1959-11-30 | Д.И. Заславский | Apparatus for cooling a combustible or electrically conductive stator fluid of an electric machine |
| SU1302383A1 (en) * | 1984-10-29 | 1987-04-07 | Всесоюзный Научно-Исследовательский Институт Электромашиностроения | Stator for electric machine |
| SU1667201A1 (en) * | 1989-03-09 | 1991-07-30 | Ленинградское Производственное Электромашиностроительное Объединение "Электросила" Им.С.М.Кирова | Stator of liquid-cooled electrical machine and method of manufacturing same |
| RU2223584C2 (en) * | 2001-02-16 | 2004-02-10 | ОАО "Энергомашкорпорация" | Electrical machine stator |
| RU2439768C2 (en) * | 2009-12-01 | 2012-01-10 | Российская Федерация, От Имени Которой Выступает Министерство Промышленности И Торговли Российской Федерации | Liquid-cooling system for electric machinery stators |
| US20130076167A1 (en) * | 2011-09-23 | 2013-03-28 | Remy Technologies, Llc | Cooling system and method for electronic machines |
-
2018
- 2018-07-04 RU RU2018124567A patent/RU2687560C1/en active
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU131013A1 (en) * | 1959-03-30 | 1959-11-30 | Д.И. Заславский | Apparatus for cooling a combustible or electrically conductive stator fluid of an electric machine |
| SU1302383A1 (en) * | 1984-10-29 | 1987-04-07 | Всесоюзный Научно-Исследовательский Институт Электромашиностроения | Stator for electric machine |
| SU1667201A1 (en) * | 1989-03-09 | 1991-07-30 | Ленинградское Производственное Электромашиностроительное Объединение "Электросила" Им.С.М.Кирова | Stator of liquid-cooled electrical machine and method of manufacturing same |
| RU2223584C2 (en) * | 2001-02-16 | 2004-02-10 | ОАО "Энергомашкорпорация" | Electrical machine stator |
| RU2439768C2 (en) * | 2009-12-01 | 2012-01-10 | Российская Федерация, От Имени Которой Выступает Министерство Промышленности И Торговли Российской Федерации | Liquid-cooling system for electric machinery stators |
| US20130076167A1 (en) * | 2011-09-23 | 2013-03-28 | Remy Technologies, Llc | Cooling system and method for electronic machines |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20220053656A (en) * | 2019-12-24 | 2022-04-29 | 그레이트 월 모터 컴퍼니 리미티드 | Motor cooling structures, drive assemblies and vehicles |
| EP4024679A4 (en) * | 2019-12-24 | 2022-11-09 | Great Wall Motor Company Limited | Motor cooling structure, drive assembly, and vehicle |
| KR102654034B1 (en) | 2019-12-24 | 2024-04-03 | 그레이트 월 모터 컴퍼니 리미티드 | Motor cooling structures, drive assemblies and vehicles |
| RU203857U1 (en) * | 2020-03-27 | 2021-04-23 | Акционерное общество "Научно-производственное объединение "Электромашина" | Asynchronous traction electric machine for driving urban electric transport |
| RU2769742C1 (en) * | 2021-09-08 | 2022-04-05 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Уфимский государственный авиационный технический университет» | Reversed electric machine (options) |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US11025138B2 (en) | Electric machine | |
| US6954010B2 (en) | Lamination cooling system | |
| US6809441B2 (en) | Cooling of electrical machines | |
| RU2706016C1 (en) | Electric machine stator with liquid cooling | |
| US9768666B2 (en) | External cooling tube arrangement for a stator of an electric motor | |
| RU2687560C1 (en) | Electric machine with liquid cooling of stator | |
| US8853910B2 (en) | Three-phase rotary electrical machine and manufacturing method thereof | |
| US20220166275A1 (en) | High performance electromagnetic machine and cooling system | |
| JP5656556B2 (en) | Rotating electric machine | |
| CN208986739U (en) | Disc type electric machine | |
| US11594920B2 (en) | Electric machine with liquid-cooled stator core | |
| KR20130141502A (en) | Coolant channels for electric machine stator | |
| CN105305667A (en) | Electric machine | |
| KR20130141448A (en) | Electric machine cooling system and method | |
| US20140265657A1 (en) | Electric machine with liquid cooling and method of assembling | |
| US20150108857A1 (en) | Stator and rotating electric machine including the stator | |
| JPWO2016035533A1 (en) | Rotating electric machine stator and rotating electric machine equipped with the same | |
| Rivière et al. | Design analysis of a high speed copper rotor induction motor for a traction application | |
| JP2019161752A (en) | Rotary electric machine stator | |
| JP2012196079A (en) | Cooling structure of motor | |
| Zhou et al. | Novel liquid cooling technology for modular consequent-pole PM machines | |
| RU2570834C1 (en) | Stator magnetic circuit for electromechanical energy converters with blast cooling (versions) and method of its manufacturing | |
| KR20140049554A (en) | Electric machine module | |
| WO2016113565A1 (en) | Rotary electric machine | |
| CN111247724A (en) | Electric machine with cooling device comprising partially subdivided channels |