RU2711084C1 - Electromechanical converter with liquid cooling and electronic control - Google Patents

Electromechanical converter with liquid cooling and electronic control Download PDF

Info

Publication number
RU2711084C1
RU2711084C1 RU2018134690A RU2018134690A RU2711084C1 RU 2711084 C1 RU2711084 C1 RU 2711084C1 RU 2018134690 A RU2018134690 A RU 2018134690A RU 2018134690 A RU2018134690 A RU 2018134690A RU 2711084 C1 RU2711084 C1 RU 2711084C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
conductors
active
frontal
active part
core
Prior art date
Application number
RU2018134690A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Павел Юрьевич Грачев
Алексей Сергеевич Табачинский
Виктор Яковлевич Беспалов
Original Assignee
федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Самарский государственный технический университет"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Самарский государственный технический университет" filed Critical федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Самарский государственный технический университет"
Priority to RU2018134690A priority Critical patent/RU2711084C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2711084C1 publication Critical patent/RU2711084C1/en

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
    • H02K1/22—Rotating parts of the magnetic circuit
    • H02K1/32—Rotating 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
    • H02K3/00—Details of windings
    • H02K3/04—Windings characterised by the conductor shape, form or construction, e.g. with bar conductors
    • H02K3/12—Windings characterised by the conductor shape, form or construction, e.g. with bar conductors arranged in slots
    • 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

Landscapes

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

Abstract

FIELD: electrical equipment.SUBSTANCE: invention relates to the electrical equipment. Electromechanical converter with electronic control includes a gap separated stator and rotor, each of which contains active part with two ends, which includes core with slots and active conductors located in them. At least one frontal part for connection of active conductors, located above the first end of active part, including main front conductors. Active conductors and frontal parts make a winding with leads. Electronic controlled components and two conductive buses located above the second end of the active part. Buses are electrically connected to an external voltage source of invariable polarity. Each of electronic controlled components has three power outputs. First of them is electrically connected to one of the winding terminals, and the second one and the third one is connected to buses conducting current. At least two channels for flow of cooling liquid, located above ends of this active part. Sections of the surface of the first end face are mechanically connected to the areas of the front part nearest to them, in which active conductors of at least one active part are made in the form of at least one pair of layers with cross section of conductors close to rectangular. Above the second end of this active part the second front part with winding outputs is provided, which is equipped with bridges with reduced cross-section area relative to active conductors. Crosspieces connect active conductors and main front conductors. At least most jumpers are located on outer side of each pair of layers so that main front conductors do not intersect. Sections of surface of the second channel for cooling liquid flow are mechanically connected to the nearest to them sections of surfaces of the front part, electronic controlled components, conducting current buses and end of the core.EFFECT: broader functional capabilities and high reliability.6 cl, 6 dwg

Description

Изобретение относится к области электротехники, а именно к электромеханическим преобразователям, включающим электрические машины с охлаждением, управляемые вентильными преобразователями. Касается особенностей конструктивного исполнения статоров и роторов машин переменного тока таких электромеханических преобразователей и их систем охлаждения. Может быть использовано при проектировании и производстве электромеханических преобразователей с управляемыми машинами переменного тока.The invention relates to the field of electrical engineering, namely to electromechanical converters, including electrical cooling machines controlled by valve converters. It concerns the design features of stators and rotors of alternating current machines of such electromechanical converters and their cooling systems. It can be used in the design and manufacture of electromechanical converters with controlled AC machines.

Известны электромеханические преобразователи со стержневыми волновыми обмотками [1]. Они включают сердечники статора и ротора с пазами прямоугольной формы, в каждом из которых находятся два активных проводника (стержня), причем активные проводники, расположенные в верхней части пазов сердечника, образуют верхний слой обмотки, и активные проводники (стержни), расположенные в нижних частях пазов сердечника, образуют нижний слой обмотки. Сердечники и активные проводники составляют активные части таких электромеханических преобразователей. Преобразователи включают также проводники лобовых частей обмоток. Эти части находятся у торцов сердечников и включают проводники между стержнями витков обмоток, соединяющих проводники в витковые группы, а также проводники для соединения витковых групп, образующих ветви фаз обмоток с выводами фаз. Лобовые части обмотки являются жесткими и не имеют специальной межвитковой изоляции. Однако вылет лобовых частей обмоток очень велик.Known electromechanical converters with rod wave windings [1]. They include stator and rotor cores with rectangular grooves, in each of which there are two active conductors (rods), the active conductors located in the upper part of the core grooves form the upper layer of the winding, and the active conductors (rods) located in the lower parts grooves of the core, form the bottom layer of the winding. Cores and active conductors constitute the active parts of such electromechanical converters. Converters also include conductors of the frontal parts of the windings. These parts are located at the ends of the cores and include conductors between the rods of the turns of the windings connecting the conductors to the winding groups, as well as the conductors for connecting the winding groups forming the branches of the phases of the windings with the terminals of the phases. The frontal parts of the winding are rigid and do not have special inter-turn isolation. However, the overhang of the frontal parts of the windings is very large.

Известно техническое решение, позволяющее снизить вылет лобовых частей стержневых обмоток статоров электрических машин [2]. Каждый стержень обмотки статора, выходя из паза на некотором расстоянии от торца сердечника, дважды сгибается по линии, проходящей под углом 45 градусов к оси стержня вдоль его широкой стороны. После второго изгиба стержень находится в плоскости, перпендикулярной оси вращения, и располагается вдоль радиальной линии. Лобовые части стержней, лежащих в соседних пазах и образующих одну катушечную группу, располагаются параллельно друг другу во внешнем направлении от воздушного зазора.Known technical solution to reduce the departure of the frontal parts of the rod windings of the stators of electric machines [2]. Each stator winding rod, leaving the groove at some distance from the end of the core, double-bends along a line passing at an angle of 45 degrees to the axis of the rod along its wide side. After the second bend, the rod is in a plane perpendicular to the axis of rotation, and is located along the radial line. The frontal parts of the rods lying in adjacent grooves and forming one coil group are parallel to each other in the outer direction from the air gap.

Недостатком этого варианта конструкции стержневой обмотки, применимого для однослойных обмоток электромеханических преобразователей, является увеличение внешнего диаметра обмотки статора, что влечет за собой увеличение габаритов машины в радиальном направлении.The disadvantage of this design of the core winding, applicable for single-layer windings of electromechanical converters, is the increase in the outer diameter of the stator winding, which entails an increase in the dimensions of the machine in the radial direction.

Известен также электромеханический преобразователь переменного тока (энергоэффективная электрическая машина) с лобовыми частями компактной конструкции [3]. Конструкция лобовых частей обмотки статора или фазного ротора предусматривает их размещение в плоскости, параллельной торцу сердечника, над зубцово-пазовой зоной статора. Это достигается тем, что в местах соединения лобовых проводников с активными проводниками, проводники обмотки имеют уменьшенное, по сравнению с усредненной площадью поперечного сечения активного проводника, поперечное сечение. Вылет лобовых частей обмотки статора уменьшается. При этом габариты обмотки статора в радиальном направлении сохраняются.Also known is an electromechanical AC converter (energy-efficient electric machine) with frontal parts of a compact design [3]. The design of the frontal parts of the stator winding or phase rotor provides for their placement in a plane parallel to the end of the core, above the tooth-groove zone of the stator. This is achieved by the fact that at the junction of the frontal conductors with the active conductors, the winding conductors have a reduced cross section as compared with the average cross-sectional area of the active conductor. Departure of the frontal parts of the stator winding is reduced. In this case, the dimensions of the stator winding in the radial direction are saved.

Недостатком этого варианта конструкции преобразователя является повышенный нагрев мест соединения лобовых и активных проводников обмотки статора при значительном уменьшении сечения этих мест соединения, что приводит к преждевременному старению изоляции обмотки статора и ее пробою.The disadvantage of this embodiment of the converter design is the increased heating of the junction of the frontal and active conductors of the stator winding with a significant reduction in the cross-section of these joints, which leads to premature aging of the stator winding insulation and its breakdown.

Известен электромеханический преобразователь с жидкостным охлаждением и электронным управлением [4], выбранный за прототип. Он включает разделенные зазором статор и ротор, каждый из которых включает активную часть с двумя торцами, включающую сердечник с пазами и расположенными в них активными проводниками, а также по крайней мере одну лобовую часть для соединения активных проводников, расположенную над первым торцом активной части, включающую основные лобовые проводники, причем активные проводники и лобовые части составляют обмотку с выводами, кроме того, электронные управляемые компоненты и две проводящие электрический ток шины, расположенные над вторым торцом активной части, при этом упомянутые шины электрически соединены с внешним источником напряжения неизменной полярности, причем каждый из упомянутых электронных управляемых компонентов имеет три силовых вывода, первый из которых электрически соединен с одним из выводов обмотки, а второй и третий силовые выводы электрически соединены с упомянутыми проводящими ток шинами, а также, по крайней мере два канала для протекания охлаждающей жидкости, расположенные над торцами этой активной части, участки поверхности первого из которых, расположенного над первым торцом активной части, механически соединены с ближайшими к ним участками поверхности лобовой части.Known electromechanical converter with liquid cooling and electronic control [4], selected for the prototype. It includes a stator and a rotor separated by a gap, each of which includes an active part with two ends, including a core with grooves and active conductors located in them, as well as at least one frontal part for connecting active conductors located above the first end of the active part, including main frontal conductors, with active conductors and frontal parts constituting a winding with leads, in addition, electronic controlled components and two busbars conducting electric current located above the second the active part, while said busbars are electrically connected to an external voltage source of constant polarity, each of said electronic controlled components having three power leads, the first of which is electrically connected to one of the winding leads, and the second and third power leads are electrically connected to said conductive buses, as well as at least two channels for the flow of coolant located above the ends of this active part, surface areas of the first of which are Assumption over the first end of the active part is mechanically connected with the nearest to them surface portions of the front part.

В прототипе активные проводники обмотки статора в пазах сердечника выполнены в виде сплошных стержней, которые с первого торца активной части статора соединены лобовой частью в виде короткозамыкающего кольца. С другого торца активной части статора эти стержни имеют выводы. Лобовая часть в виде короткозамыкающего кольца и стержни с выводами составляют обмотку статора с выводами. Выводы обмотки статора соединены с первыми (средними) силовыми выводами электронных управляемых компонентов. Над торцом статора, где расположены электронные управляемые компоненты, выполнен канал для протекания охлаждающей жидкости, участки поверхности которого механически соединены с ближайшими к ним участками поверхностей электронных управляемых компонентов. Над торцом статора, где расположена лобовая часть, выполнен второй канал для протекания охлаждающей жидкости, участки поверхности которого механически соединены с ближайшими к ним участками поверхностей лобовой части, выполненной в виде короткозамыкающего кольца.In the prototype, the active conductors of the stator winding in the grooves of the core are made in the form of solid rods, which are connected from the first end of the active part of the stator to the frontal part in the form of a short-circuit ring. From the other end of the active part of the stator, these rods have conclusions. The frontal part in the form of a short-circuit ring and rods with leads make up the stator winding with leads. The stator winding leads are connected to the first (middle) power leads of the electronically controlled components. Above the end face of the stator, where the electronically controlled components are located, a channel for the flow of coolant is made, surface sections of which are mechanically connected to the nearest surface sections of the electronic controlled components. Above the end face of the stator, where the frontal part is located, a second channel for coolant flow is made, the surface sections of which are mechanically connected to the nearest surface sections of the frontal part made in the form of a short-circuiting ring.

Недостатками прототипа является ограниченные функциональные возможности электромеханического преобразователя из-за возможности работы только при «сверхнизких» напряжениях источника питания [5], а также снижение надежности - из-за недостаточного охлаждения активной и лобовой частей статора.The disadvantages of the prototype is the limited functionality of the electromechanical converter due to the ability to work only with "ultra-low" voltage of the power source [5], as well as the decrease in reliability due to insufficient cooling of the active and frontal parts of the stator.

Техническим результатом настоящего изобретения является расширение функциональных возможностей электромеханического преобразователя и увеличение его надежности.The technical result of the present invention is to expand the functionality of an electromechanical converter and increase its reliability.

Технический результат достигается тем, что в электромеханическом преобразователе с жидкостным охлаждением и электронным управлением, включающим разделенные зазором статор и ротор, каждый из которых включает активную часть с двумя торцами, включающую сердечник с пазами и расположенными в них активными проводниками, а также по крайней мере одну лобовую часть для соединения активных проводников, расположенную над первым торцом активной части, включающую основные лобовые проводники, причем активные проводники и лобовые части составляют обмотку с выводами, кроме того, электронные управляемые компоненты и две проводящие электрический ток шины, расположенные над вторым торцом активной части, при этом упомянутые шины электрически соединены с внешним источником напряжения неизменной полярности, причем каждый из упомянутых электронных управляемых компонентов имеет три силовых вывода, первый из которых электрически соединен с одним из выводов обмотки, а второй и третий силовые выводы электрически соединены с упомянутыми проводящими ток шинами, а также по крайней мере два канала для протекания охлаждающей жидкости, расположенные над торцами этой активной части, участки поверхности первого из которых, расположенного над первым торцом активной части, механически соединены с ближайшими к ним участками поверхности лобовой части, отличающийся тем, что с целью расширения функциональных возможностей и надежности, активные проводники по крайней мере одной активной части выполнены в виде по крайней мере одной пары слоев с поперечным сечением проводников близким к прямоугольному, над вторым торцом этой активной части выполнена вторая лобовая часть с выводами обмотки, причем лобовые части над торцами этой активной части снабжены перемычками с уменьшенной, относительно активных проводников, площадью поперечного сечения, соединяющими активные проводники и основные лобовые проводники, а по крайней мере большинство упомянутых перемычек расположены с внешней стороны каждой пары слоев так, что основные лобовые проводники не пересекаются, а участки поверхности второго канала для протекания охлаждающей жидкости, механически соединены с ближайшими к ним участками поверхностей лобовой части, электронных управляемых компонентов, проводящих ток шин и торца сердечника, причем, при выполнении обмотки статора с несколькими ветвями, лобовые части обмотки статора включают группы из нескольких основных лобовых проводников, которые расположены один над другим, причем ближайшие друг к другу участки основных лобовых проводников по крайней мере большинства этих групп механически соединены между собой, а ближайшие друг к другу участки поверхностей по крайней мере большинства этих групп, торцов активной части, электронных управляемых компонентов и проводящих ток шин механически соединены между собой, причем, что он снабжен третьим каналом для протекания охлаждающей жидкости, расположенным над электронными управляемыми компонентами, ближайшей к ним лобовой частью и проводящими ток шинами, причем ближайшие участки их поверхностей и поверхности третьего канала механически соединены между собой, а по крайней мере один из двух первых каналов для протекания охлаждающей жидкости расположен между группами основных лобовых проводников и ближайшей к нему торцевой поверхностью активной части, причем ближайшие друг к другу участки поверхностей этого канала, активной части и лобовой части механически соединены между собой, причем, в торцевой зоне сердечника, по меньшей мере вблизи каждого первого силового вывода электронных управляемых компонентов, выполнены соединенные с пазами этого сердечника дополнительные вырезы, в каждом из которых размещен один из выводов обмотки, причем, внутри по крайней мере нескольких пазов сердечника по крайней мере одной активной части выполнены дополнительные каналы для протекания охлаждающей жидкости, причем, первый и второй каналы для протекания охлаждающей жидкости по крайней мере одной активной части соединены с дополнительными каналами в пазах сердечника этой активной части и образуют по крайней мере часть системы жидкостного охлаждения упомянутого электромеханического преобразователя.The technical result is achieved in that in an electromechanical converter with liquid cooling and electronic control, including a stator and a rotor separated by a gap, each of which includes an active part with two ends, including a core with slots and active conductors located in them, as well as at least one the frontal part for connecting the active conductors located above the first end of the active part, including the main frontal conductors, the active conductors and the frontal parts being a winding with terminals, in addition, electronically controlled components and two conductive electric buses located above the second end of the active part, said buses being electrically connected to an external voltage source of constant polarity, each of the said electronic controlled components has three power leads, the first of which are electrically connected to one of the terminals of the winding, and the second and third power terminals are electrically connected to said current-conducting buses, and at least two to analyses for the flow of coolant located above the ends of this active part, surface sections of the first of which, located above the first end of the active part, are mechanically connected to the nearest surface sections of the frontal part, characterized in that, in order to expand functionality and reliability, active the conductors of at least one active part are made in the form of at least one pair of layers with a cross section of conductors close to rectangular, above the second end of this active The second frontal part with winding leads is made, and the frontal parts above the ends of this active part are equipped with jumpers with a reduced, relatively active conductors, cross-sectional area connecting the active conductors and the main frontal conductors, and at least most of the said jumpers are located on the outside of each pairs of layers so that the main frontal conductors do not intersect, and the surface sections of the second channel for the flow of coolant are mechanically connected to the nearest parts of the surfaces of the frontal part, electronic controlled components that conduct the current of the tires and the end of the core, moreover, when performing the stator winding with several branches, the frontal parts of the stator winding include groups of several main frontal conductors that are located one above the other, the closest to each other sections of the main frontal conductors of at least most of these groups are mechanically interconnected, and the closest sections of the surfaces of at least most of these groups are face in the active part, the electronically controlled components and the current-conducting busbars are mechanically interconnected, moreover, that it is equipped with a third channel for the flow of coolant located above the electronic controlled components, the frontal part closest to them and the current-conducting buses, and the nearest sections of their surfaces and the surfaces of the third channel are mechanically interconnected, and at least one of the first two channels for the flow of coolant is located between the groups of the main frontal wires nicknames and the end surface of the active part closest to it, and the closest to each other surface sections of this channel, the active part and the frontal part are mechanically interconnected, moreover, in the end zone of the core, at least near each first power output of the electronically controlled components additional cutouts connected to the grooves of this core, in each of which one of the terminals of the winding is placed, moreover, inside at least several grooves of the core of at least one active part and additional channels for the flow of coolant are made, and the first and second channels for the flow of coolant of at least one active part are connected to additional channels in the grooves of the core of this active part and form at least part of the liquid cooling system of said electromechanical transducer.

На фиг. 1-6 показан пример конкретного выполнения электромеханического преобразователя с жидкостным охлаждением и электронным управлением на базе асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором.In FIG. 1-6, an example of a specific embodiment of an electromechanical converter with liquid cooling and electronic control based on a squirrel-cage induction motor is shown.

На фиг. 1 изображен вид сверху предложенного электромеханического преобразователя. Этот преобразователь включает статор 1 и ротор 2, разделенные воздушным зазором 3. Статор 1 включает цилиндрический сердечник 4, выполненный из листов шихтованной электротехнической стали, с пазами 5, а также обмотку 6, выполненную по схеме двухслойной волновой обмотки. Верхний слой обмотки 6 расположен ближе к воздушному зазору 3 [1]. Ротор 2 включает сердечник 7, короткозамкнутую обмотку 8 и вал 9, как в обычном асинхронном двигателе с короткозамкнутым ротором [1].In FIG. 1 shows a top view of the proposed electromechanical transducer. This converter includes a stator 1 and a rotor 2 separated by an air gap 3. Stator 1 includes a cylindrical core 4 made of sheets of charged electrical steel with grooves 5, as well as a winding 6 made according to the scheme of a two-layer wave winding. The upper layer of the winding 6 is located closer to the air gap 3 [1]. The rotor 2 includes a core 7, a short-circuited winding 8 and a shaft 9, as in a conventional squirrel-cage induction motor [1].

На фиг. 2 изображен вид части статора 1 электромеханического преобразователя. Обмотка статора 6 включает активные проводники 10 в пазах 5 сердечника 4. Эти активные проводники 10 и сердечник 4 составляют активную часть 11 статора 1. Изображена лобовая часть 12 с выводами обмотки 6, электронные управляемые компоненты 13 и две проводящие электрический ток шины 14, расположенные над изображенным торцом активной части 11.In FIG. 2 shows a view of a portion of the stator 1 of an electromechanical converter. The stator winding 6 includes active conductors 10 in the grooves 5 of the core 4. These active conductors 10 and the core 4 constitute the active part 11 of the stator 1. The frontal part 12 with the leads of the winding 6, the electronically controlled components 13 and two bus bars 14 located above the end face of the active part 11.

Над другим торцом активной части 11 статора 1 расположена лобовая часть, подобная лобовой части 12 [3] и первый канал для протекания охлаждающей жидкости, участки поверхности которого, механически соединены с ближайшими к ним участками поверхности лобовой части [4].Above the other end of the active part 11 of the stator 1, there is a frontal part similar to the frontal part 12 [3] and the first channel for the flow of coolant, the surface sections of which are mechanically connected to the nearest surface sections of the frontal part [4].

Выводы обмотки 6 электрически соединены с первыми (в центральной части компонентов 13) выводами электронных управляемых компонентов 13, таким же образом как в [4]. Проводящие ток шины 14 электрически соединены с внешним (по отношению к электромеханическому преобразователю) источником напряжения неизменной полярности, а также с вторым и третьим выводами электронных управляемых компонентов 13 (в правой и левой частях компонентов 13) так, как это описано в [4, 5]. Нижние участки поверхности электронных управляемых компонентов 13 (ближайшие к торцевой поверхности активной части 11) механически соединены (например, с помощью теплопроводящей изоляции) с ближайшими участками торцевой поверхности сердечника 4, таким же образом как в [4].The terminals of the winding 6 are electrically connected to the first (in the central part of the components 13) terminals of the electronically controlled components 13, in the same way as in [4]. The current-conducting bus 14 is electrically connected to an external (with respect to the electromechanical converter) voltage source of constant polarity, as well as to the second and third terminals of the electronically controlled components 13 (on the right and left parts of the components 13) as described in [4, 5 ]. The lower parts of the surface of the electronically controlled components 13 (closest to the end surface of the active part 11) are mechanically connected (for example, using heat-conducting insulation) to the nearest parts of the end surface of the core 4, in the same way as in [4].

На фиг. 2 также изображен второй канал 15 для протекания охлаждающей жидкости, расположенный над вторым торцом активной части 11. Участки поверхности второго канала 15 механически соединены (например, с помощью изоляции высокой теплопроводности) с ближайшими к ним участками поверхностей лобовой части 12, электронных управляемых компонентов 13, проводящих ток шин 14 и торца сердечника статора 4 таким образом, что достигается максимальная теплопроводность между ними.In FIG. 2 also shows the second channel 15 for the flow of coolant located above the second end of the active part 11. The surface sections of the second channel 15 are mechanically connected (for example, by means of high thermal conductivity insulation) to the nearest surface sections of the front part 12, electronic controlled components 13, the current-conducting tires 14 and the end face of the stator core 4 in such a way that maximum thermal conductivity between them is achieved.

На фиг. 2 (справа) изображена часть обмотки 6 статора 1 с несколькими ветвями, включающая активные проводники 10 активной части 11, а также группу 16 основных лобовых проводников и перемычки 17 лобовых частей 12. Перемычки 17 соединяют активные проводники 10 и основные лобовые проводники группы 16. Перемычки 17 имеют поперечные сечения примерно вдвое меньшие сечений активных проводников 10. При расположении этой части обмотки 6 в нижнем слое, - перемычки 17 расположены с внешней стороны представленной на фиг. 2 пары слоев обмотки 6.In FIG. 2 (right) shows a part of winding 6 of stator 1 with several branches, including active conductors 10 of active part 11, as well as group 16 of main frontal conductors and jumpers 17 of frontal parts 12. Jumpers 17 connect active conductors 10 and main frontal conductors of group 16. Jumpers 17 have cross sections approximately half that of active conductors 10. When this part of the winding 6 is located in the lower layer, jumpers 17 are located on the outside of FIG. 2 pairs of layers of the winding 6.

Основные лобовые проводники групп 16 расположены один над другим, причем эти лобовые проводники ближайшими друг к другу участками поверхностей (верхним участком поверхности среднего основного лобового проводника группы 16 и нижним участком поверхности расположенного над ним основного лобового проводника этой группы 16) механически (например, с помощью изоляции высокой теплопроводности) соединены друг с другом. а ближайшие к торцу активной части 11 участки поверхности групп 16 (в данном случае, - нижний участок поверхности группы 16, представляющий собой нижний участок поверхности нижнего основного лобового проводника этой группы 16) механически соединены с ближайшими к ним участками торцевой поверхности активной части 11. Ближайшие друг к другу участки поверхностей групп 16 механически соединены между собой (например, с помощью изоляции высокой теплопроводности) так, что совокупность групп 16 представляет собой лобовую часть 12 и имеет на фиг. 2 вид кольца. Подобным образом выполнена лобовая часть другого торца статора 1.The main frontal conductors of groups 16 are located one above the other, and these frontal conductors are the closest surface sections (the upper surface area of the middle main frontal conductor of group 16 and the lower surface area of the main frontal conductor of this group 16 located above it) mechanically (for example, using insulation of high thermal conductivity) are connected to each other. and the surface sections of the groups 16 closest to the end of the active part 11 (in this case, the lower surface of the group 16, which is the lower surface of the lower main frontal conductor of this group 16) are mechanically connected to the sections of the end surface of the active part 11 nearest to them. to each other, surface sections of groups 16 are mechanically interconnected (for example, by means of high thermal conductivity insulation) so that the combination of groups 16 is a frontal part 12 and has in FIG. 2 kind of ring. Similarly, the frontal part of the other end of the stator 1 is made.

На фиг. 3 изображен статор 1 электромеханического преобразователя в разрезе, с третьим каналом 18 для протекания охлаждающей жидкости, расположенным над группами 16 основных лобовых проводников, проводящими ток шинами 14, и электронными управляемыми компонентами 13, причем ближайшие участки их поверхностей и поверхности третьего канала 18 для протекания охлаждающей жидкости механически соединены между собой (например, с помощью изоляции высокой теплопроводности).In FIG. 3 shows a stator 1 of an electromechanical transducer in section, with a third channel 18 for the flow of coolant located above the groups 16 of the main frontal conductors, conducting current tires 14, and electronically controlled components 13, the nearest sections of their surfaces and the surface of the third channel 18 for the flow of cooling liquids are mechanically interconnected (for example, by means of insulation of high thermal conductivity).

На фиг. 3 изображен канал 19 для протекания охлаждающей жидкости (один из двух первых каналов), который расположен на фиг. 3 между группами 16 основных лобовых проводников и ближайшей к нему торцевой поверхностью активной части 11. При этом, ближайшие друг к другу участки поверхностей канала 19, групп 16 лобовой части и перемычек 17 (составляющих лобовую часть) и активной части 11 механически соединены между собой (например, с помощью изоляции высокой теплопроводности) таким образом, что достигается максимальная площадь соприкосновения и высокая теплопроводность.In FIG. 3 shows a channel 19 for the flow of coolant (one of the first two channels), which is located in FIG. 3 between groups 16 of the main frontal conductors and the end surface of the active part 11 closest to it. Moreover, the closest sections of the surfaces of the channel 19, groups 16 of the front part and jumpers 17 (making up the front part) and the active part 11 are mechanically interconnected ( for example, by using insulation of high thermal conductivity) so that a maximum contact area and high thermal conductivity are achieved.

На фиг. 4 изображен сектор сердечника 4 статора 1 с дополнительными вырезами 20 в торцевой зоне сердечника 4, соединенными с пазами 5 сердечника 4. Эти вырезы 20 выполнены вблизи каждого первого силового вывода электронных управляемых компонентов 13, причем в каждом из дополнительных вырезов 20 размещен один из выводов обмотки статора 6, соединенный с активным проводником в одном из пазов 5 сердечника 4. Возможно выполнены вырезов 20 для соединения дополнительных каналов 23 и второго канала 15 для протекания охлаждающей жидкости. Силовые выводы 21 и 22 электронных управляемых компонентов 13 соединены с проводящими ток шинами 14, изображенные на фиг. 2 и 3, (полярность соединений шин 14 соответствует [4]). Проводящие ток шины 14 соединены с выводами внешнего источника напряжения неизменной полярности, например, с выводами диодного выпрямителя (не входит в состав преобразователя).In FIG. 4 shows a sector of the core 4 of the stator 1 with additional cut-outs 20 in the end zone of the core 4 connected to the grooves 5 of the core 4. These cut-outs 20 are made near each first power terminal of the electronically controlled components 13, and one of the winding leads is placed in each of the additional cut-outs 20 the stator 6, connected to the active conductor in one of the grooves 5 of the core 4. Perhaps cutouts 20 are made to connect additional channels 23 and the second channel 15 for the flow of coolant. The power terminals 21 and 22 of the electronically controlled components 13 are connected to the current-conducting buses 14 shown in FIG. 2 and 3, (polarity of bus connections 14 corresponds to [4]). The current-conducting bus 14 is connected to the terminals of an external voltage source of constant polarity, for example, to the terminals of a diode rectifier (not included in the converter).

На фиг. 5 изображен эскиз сектора сердечника 4 статора 1 с одним из пазов 5. Этот паз имеет трапецеидальную форму. В нем расположены активные проводники 10 с поперечным сечением прямоугольной формы. В этом пазу межу пазовой изоляцией и изоляцией активных проводников 10 выполнены дополнительные каналы 23 для протекания охлаждающей жидкости. Возможно выполнены вырезов 20 без выводов обмотки 6 для соединения дополнительных каналов 23 и второго канала 15 для протекания охлаждающей жидкости.In FIG. 5 shows a sketch of a sector of the core 4 of the stator 1 with one of the grooves 5. This groove has a trapezoidal shape. It contains active conductors 10 with a rectangular cross-section. In this groove, between the groove insulation and the insulation of the active conductors 10, additional channels 23 for the flow of coolant are made. Perhaps cutouts 20 are made without the conclusions of the winding 6 for connecting additional channels 23 and the second channel 15 for the flow of coolant.

На фиг. 6 изображена часть системы жидкостного охлаждения статора. Она включает дополнительные каналы 23 для протекания охлаждающей жидкости в пазах 5 сердечника 4. Они соединены с каналами для протекания охлаждающей жидкости, расположенными по торцам статора 1, например, первым каналом 19 и вторым каналом 15.In FIG. 6 depicts a portion of a stator liquid cooling system. It includes additional channels 23 for the flow of coolant in the grooves 5 of the core 4. They are connected to channels for the flow of coolant located at the ends of the stator 1, for example, the first channel 19 and the second channel 15.

Возможно выполнить ротор с электронными управляемыми компонентами, по конструкции подобным статору.It is possible to carry out a rotor with electronically controlled components, similar in design to a stator.

Работает электромеханический преобразователь следующим образом. В зависимости от режима работы машины, электронные управляемые компоненты 13 осуществляют изменение частоты напряжения обмотки 6 статора 1. В двигательном режиме напряжение источника подается на проводящие ток шины 14, а частота переключения тока электронными управляемыми компонентами 13 такова, что частота вращения магнитного поля в сердечниках 4 и 8 превышает частоту вращения ротора 2.The electromechanical converter operates as follows. Depending on the operating mode of the machine, the electronically controlled components 13 change the frequency of the voltage of the winding 6 of the stator 1. In the motor mode, the voltage of the source is applied to the conductive current of the bus 14, and the frequency of the current switching by the electronically controlled components 13 is such that the frequency of rotation of the magnetic field in the cores 4 and 8 exceeds the rotational speed of the rotor 2.

В генераторном режиме электронные управляемые компоненты 13 вырабатывают реактивную мощность для создания магнитного поля в сердечниках 4 и 8, Частота переключения тока электронными управляемыми компонентами 13 такова, что частота вращения магнитного поля в сердечниках 4 и 8 меньше частоты вращения ротора 2. Переменное напряжение обмотки 6 статора 1 выпрямляется с помощью электронных управляемых компонентов 13 и по проводящим ток шинам 14 постоянный ток поступает во внешний источник, например аккумулятор. Происходит заряд аккумулятора.In the generator mode, the electronic controlled components 13 generate reactive power to create a magnetic field in the cores 4 and 8. The frequency of current switching by the electronic controlled components 13 is such that the frequency of rotation of the magnetic field in the cores 4 and 8 is less than the rotor 2. The alternating voltage of the stator winding 6 1 is rectified by electronically controlled components 13 and direct current is supplied to the external power supply, such as a battery, via the current-conducting buses 14. Battery is charging.

Предложенная конструкция электромеханического преобразователя позволяет ему работать в широком диапазоне напряжений источника питания, что расширяет его функциональные возможности. Это достигается увеличением числа витков в фазах обмотки 6 статора 1, что невозможно в прототипе.The proposed design of the electromechanical converter allows it to operate in a wide range of power supply voltages, which expands its functionality. This is achieved by increasing the number of turns in the phases of the winding 6 of the stator 1, which is impossible in the prototype.

Увеличение надежности предложенного электромеханического преобразователя достигается за счет снижения температуры обмотки 6 и других частей статора.An increase in the reliability of the proposed electromechanical converter is achieved by lowering the temperature of the winding 6 and other parts of the stator.

Система жидкостного охлаждения машины работает следующим образом. Холодная вода, или другая жидкость, поступает во второй канал 15 и третий канал 18, охлаждая обмотку 6 и другие части статора. Из канала 15 поступает в дополнительные каналы 23 и, протекая по ним, охлаждает активную часть 11. Затем по первому каналу 19 поступает во внешнюю систему охлаждения горячей воды. Это увеличивает эффективность охлаждения статора 1 электромеханического преобразователя и позволяет значительно уменьшить температуру в проводниках статора 1 и увеличить надежность работы преобразователя.The liquid cooling system of the machine operates as follows. Cold water, or other liquid, enters the second channel 15 and the third channel 18, cooling the winding 6 and other parts of the stator. From channel 15 it enters additional channels 23 and, flowing through them, cools the active part 11. Then, through the first channel 19, it enters an external hot water cooling system. This increases the cooling efficiency of the stator 1 of the electromechanical converter and can significantly reduce the temperature in the conductors of the stator 1 and increase the reliability of the converter.

Источники информации:Sources of information:

1. Вольдек А.И. Электрические машины. Л., 1978, с. 407-409.1. Voldek A.I. Electric cars. L., 1978, p. 407-409.

2. Патент RU 2310965 С2, 20.11.2007.2. Patent RU 2310965 C2, 11.20.2007.

3. Патент RU 2526835 С2, 10.02.2014.3. Patent RU 2526835 C2, 02/10/2014.

4. Заявка на патент US 2016/0087497 А1, 24.03.2016.4. Patent application US 2016/0087497 A1, 03.24.2016.

5. A. Patzak, F. Bachheibl, A. Baumgardt, G. Dajaku, O. Moroz, and D. Gerling, "ISCAD - Electric High Performance Drive for Individual Mobility at Extra-Low Voltages," SAE Int. J. Alt. Power. 5(1): 148-156, 2016, doi:10.4271/2016-01-1179.5. A. Patzak, F. Bachheibl, A. Baumgardt, G. Dajaku, O. Moroz, and D. Gerling, "ISCAD - Electric High Performance Drive for Individual Mobility at Extra-Low Voltages," SAE Int. J. Alt. Power 5 (1): 148-156, 2016, doi: 10.4271 / 2016-01-1179.

Claims (6)

1. Электромеханический преобразователь с жидкостным охлаждением и электронным управлением, включающий разделенные зазором статор и ротор, каждый из которых включает активную часть с двумя торцами, включающую сердечник с пазами и расположенными в них активными проводниками, а также по крайней мере одну лобовую часть для соединения активных проводников, расположенную над первым торцом активной части, включающую основные лобовые проводники, причем активные проводники и лобовые части составляют обмотку с выводами, кроме того, электронные управляемые компоненты и две проводящие электрический ток шины, расположенные над вторым торцом активной части, при этом упомянутые шины электрически соединены с внешним источником напряжения неизменной полярности, причем каждый из упомянутых электронных управляемых компонентов имеет три силовых вывода, первый из которых электрически соединен с одним из выводов обмотки, а второй и третий силовые выводы электрически соединены с упомянутыми проводящими ток шинами, а также, по крайней мере два канала для протекания охлаждающей жидкости, расположенные над торцами этой активной части, участки поверхности первого из которых, расположенного над первым торцом активной части, механически соединены с ближайшими к ним участками поверхности лобовой части, отличающийся тем, что с целью расширения функциональных возможностей и надежности, активные проводники по крайней мере одной активной части выполнены в виде по крайней мере одной пары слоев с поперечным сечением проводников близким к прямоугольному, над вторым торцом этой активной части выполнена вторая лобовая часть с выводами обмотки, причем лобовые части над торцами этой активной части снабжены перемычками с уменьшенной, относительно активных проводников, площадью поперечного сечения, соединяющими активные проводники и основные лобовые проводники, а по крайней мере большинство упомянутых перемычек расположены с внешней стороны каждой пары слоев так, что основные лобовые проводники не пересекаются, а участки поверхности второго канала для протекания охлаждающей жидкости механически соединены с ближайшими к ним участками поверхностей лобовой части, электронных управляемых компонентов, проводящих ток шин и торца сердечника.1. Electromechanical converter with liquid cooling and electronic control, including a stator and a rotor separated by a gap, each of which includes an active part with two ends, including a core with slots and active conductors located in them, as well as at least one frontal part for connecting active conductors located above the first end of the active part, including the main frontal conductors, and the active conductors and frontal parts make up a winding with leads, in addition, electronic controllable components and two conductive busbars located above the second end of the active part, said busbars being electrically connected to an external voltage source of constant polarity, each of said electronic controlled components having three power leads, the first of which is electrically connected to one of the leads windings, and the second and third power leads are electrically connected to said current-conducting buses, as well as at least two channels for the flow of coolant, located above the ends of this active part, surface sections of the first of which, located above the first end of the active part, are mechanically connected to the nearest surface sections of the frontal part, characterized in that in order to expand the functionality and reliability, the active conductors of at least one active parts are made in the form of at least one pair of layers with a cross-section of conductors close to rectangular; above the second end of this active part, a second frontal part is made with windings, and the frontal parts above the ends of this active part are equipped with jumpers with a reduced, relatively active conductors, cross-sectional area connecting the active conductors and the main frontal conductors, and at least most of the said jumpers are located on the outside of each pair of layers so that the main the frontal conductors do not intersect, and the surface sections of the second channel for the flow of coolant are mechanically connected to the nearest surface sections of the frontal part, electrons controlled components, conductive current busbar and an end of the core. 2. Электромеханический преобразователь по п. 1, отличающийся тем, что при выполнении обмотки статора с несколькими ветвями, лобовые части обмотки статора включают группы из нескольких основных лобовых проводников, которые расположены один над другим, причем ближайшие друг к другу участки основных лобовых проводников по крайней мере большинства этих групп механически соединены между собой, а ближайшие друг к другу участки поверхностей по крайней мере большинства этих групп, торцов активной части, электронных управляемых компонентов и проводящих ток шин механически соединены между собой.2. The electromechanical converter according to claim 1, characterized in that when performing the stator winding with several branches, the frontal parts of the stator winding include groups of several main frontal conductors that are located one above the other, with the sections of the main frontal conductors closest to each other at least at least most of these groups are mechanically interconnected, and the closest surface sections of at least most of these groups, the ends of the active part, electronic controlled components, etc. A driving current tire mechanically interconnected. 3. Электромеханический преобразователь по п. 2, отличающийся тем, что он снабжен третьим каналом для протекания охлаждающей жидкости, расположенным над электронными управляемыми компонентами, ближайшей к ним лобовой частью и проводящими ток шинами, причем ближайшие участки их поверхностей и поверхности третьего канала механически соединены между собой, а по крайней мере один из двух первых каналов для протекания охлаждающей жидкости расположен между группами основных лобовых проводников и ближайшей к нему торцевой поверхностью активной части, причем ближайшие друг к другу участки поверхностей этого канала, активной части и лобовой части механически соединены между собой.3. The electromechanical converter according to claim 2, characterized in that it is provided with a third channel for the flow of coolant located above the electronically controlled components, the frontal part closest to them and the current-conducting buses, the closest parts of their surfaces and the surface of the third channel being mechanically connected between by itself, and at least one of the first two channels for the flow of coolant is located between the groups of the main frontal conductors and the end surface closest to it nd part, and next to each other surfaces of the channel portions, the active part and the front part are mechanically interconnected. 4. Электромеханический преобразователь по п. 1, отличающийся тем, что в торцевой зоне сердечника, по меньшей мере вблизи каждого первого силового вывода электронных управляемых компонентов, выполнены соединенные с пазами этого сердечника дополнительные вырезы, в каждом из которых размещен один из выводов обмотки.4. The electromechanical converter according to claim 1, characterized in that in the end zone of the core, at least near each first power output of the electronically controlled components, additional cutouts are made connected to the grooves of this core, in each of which one of the terminals of the winding is placed. 5. Электромеханический преобразователь по п. 1, отличающийся тем, что в по крайней мере нескольких пазах сердечника по крайней мере одной активной части выполнены дополнительные каналы для протекания охлаждающей жидкости.5. The electromechanical converter according to claim 1, characterized in that in at least several grooves of the core of at least one active part, additional channels for the flow of coolant are made. 6. Электромеханический преобразователь по п. 5, отличающийся тем, что первый и второй каналы для протекания охлаждающей жидкости по крайней мере одной активной части соединены с дополнительными каналами в пазах сердечника этой активной части и образуют по крайней мере часть системы жидкостного охлаждения упомянутого электромеханического преобразователя.6. The electromechanical converter according to claim 5, characterized in that the first and second channels for the flow of coolant of at least one active part are connected to additional channels in the grooves of the core of this active part and form at least part of the liquid cooling system of said electromechanical converter.
RU2018134690A 2018-10-01 2018-10-01 Electromechanical converter with liquid cooling and electronic control RU2711084C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2018134690A RU2711084C1 (en) 2018-10-01 2018-10-01 Electromechanical converter with liquid cooling and electronic control

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2018134690A RU2711084C1 (en) 2018-10-01 2018-10-01 Electromechanical converter with liquid cooling and electronic control

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2711084C1 true RU2711084C1 (en) 2020-01-15

Family

ID=69171525

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2018134690A RU2711084C1 (en) 2018-10-01 2018-10-01 Electromechanical converter with liquid cooling and electronic control

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2711084C1 (en)

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2310965C2 (en) * 2003-04-02 2007-11-20 Виктор Владимирович Лыткин Winding of electric machine with short overhang of frontal parts
RU2422969C1 (en) * 2010-06-15 2011-06-27 Закрытое акционерное общество Научно-производственное предприятие "Эксин" Electromechanical converter with liquid cooling
RU2513042C1 (en) * 2013-01-16 2014-04-20 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Уфимский государственный авиационный технический университет" Liquid-cooling system for electric machinery stators at autonomous objects
RU2526835C2 (en) * 2012-08-03 2014-08-27 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Самарский государственный технический университет" Energy-efficient electrical machine
US20160087497A1 (en) * 2014-09-18 2016-03-24 Feaam Gmbh Electrical machine
RU2658903C2 (en) * 2015-10-05 2018-06-26 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Самарский государственный технический университет" Energy-efficient electric machine with non-traditional electromagnetic nucleus

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2310965C2 (en) * 2003-04-02 2007-11-20 Виктор Владимирович Лыткин Winding of electric machine with short overhang of frontal parts
RU2422969C1 (en) * 2010-06-15 2011-06-27 Закрытое акционерное общество Научно-производственное предприятие "Эксин" Electromechanical converter with liquid cooling
RU2526835C2 (en) * 2012-08-03 2014-08-27 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Самарский государственный технический университет" Energy-efficient electrical machine
RU2513042C1 (en) * 2013-01-16 2014-04-20 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Уфимский государственный авиационный технический университет" Liquid-cooling system for electric machinery stators at autonomous objects
US20160087497A1 (en) * 2014-09-18 2016-03-24 Feaam Gmbh Electrical machine
RU2658903C2 (en) * 2015-10-05 2018-06-26 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Самарский государственный технический университет" Energy-efficient electric machine with non-traditional electromagnetic nucleus

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10574107B2 (en) Methods and apparatus for segmented machines having mechanically and electrically removable machine segments
US20160372995A1 (en) Methods and apparatus for integrated machine segmentation
CN106233583A (en) Motor
US20220123638A1 (en) Electric drive and method of operating the electric drive
CA2943862A1 (en) Electrical hollow conductor for an electromagnetic machine
CN109983678B (en) Spiral winding with more uniform field utilization
US10826345B2 (en) Conductor and method of forming thereof
CN103828195A (en) Main electric motor for railway vehicle
EP4160876A1 (en) Windings for electrical machines
US10985626B2 (en) Electric machine supplied at low voltage and associated multicellular power train
RU2711084C1 (en) Electromechanical converter with liquid cooling and electronic control
CN105209287A (en) Electrical energy storage and power management systems
US11005343B2 (en) Electrical sub-assembly
CN105580091A (en) Resistance module for increasing runup torque for a rotor of an electric machine comprising a rotor winding
WO2009023137A1 (en) Electrical commutator with segmented brushes
US8482166B2 (en) Electric machine system including an alternating current (AC) electric machine having an expandable coolant manifold
RU2526835C2 (en) Energy-efficient electrical machine
RU2275729C1 (en) Electrical machine winding
EP3514922A1 (en) Fractional slot multi winding set electrical machine
US11329582B2 (en) Series shunt wound DC motor driving device and equipment
CN211183582U (en) Permanent magnet motor stator multiphase winding
JP6173842B2 (en) Rotating electric machine
RU115976U1 (en) ASYNCHRON SHORT-CLOSED ELECTRIC MACHINE (OPTIONS)
WO2020037968A1 (en) Winding stator and motor
RU2509402C1 (en) Winding of electric machine

Legal Events

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

Effective date: 20201002