RU2719287C1 - Electric machine stator with tubular cooling system - Google Patents

Electric machine stator with tubular cooling system Download PDF

Info

Publication number
RU2719287C1
RU2719287C1 RU2019141884A RU2019141884A RU2719287C1 RU 2719287 C1 RU2719287 C1 RU 2719287C1 RU 2019141884 A RU2019141884 A RU 2019141884A RU 2019141884 A RU2019141884 A RU 2019141884A RU 2719287 C1 RU2719287 C1 RU 2719287C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
winding
stator
electric machine
conductors
silicone tubes
Prior art date
Application number
RU2019141884A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Флюр Рашитович Исмагилов
Вячеслав Евгеньевич Вавилов
Ильнар Илдарович Ямалов
Данис Рамилевич Фаррахов
Айбулат Халяфович Минияров
Владимир Игоревич Бекузин
Евгений Олегович Жарков
Данила Юрьевич Пермин
Original Assignee
федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Уфимский государственный авиационный технический университет"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Уфимский государственный авиационный технический университет" filed Critical федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Уфимский государственный авиационный технический университет"
Priority to RU2019141884A priority Critical patent/RU2719287C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2719287C1 publication Critical patent/RU2719287C1/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
    • H02K1/12—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
    • 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

Abstract

FIELD: electrical engineering.
SUBSTANCE: stator of electric machine with tubular cooling system includes magnetic conductor with winding with conductors and silicone tubes laid in it. Stator winding is located inside silicone tubes with possibility of coolant washing with conductors surface. Silicon tubes also function as slot insulation. In area of front parts of winding silicone tubes are connected to T-bends with possibility of coolant passing through holes. One of T-bends has hole, through which winding conductors are tightly connected.
EFFECT: technical result is improvement of reliability, energy efficiency, minimization of heat dissipation of stator winding and, as a result, higher efficiency of electric machine.
1 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано в системах охлаждения электрических машин.The invention relates to mechanical engineering and can be used in cooling systems of electrical machines.

Известна рубашка охлаждения электрической машины [патент РФ №169095 U1, кл. H02K 9/16, 03.03.2017], выполненная в виде спирального трубчатого элемента с патрубками входа и выхода охлаждающей жидкости и предназначенная для установки между статором и корпусом электромашины, причем спиральный трубчатый элемент выполнен в виде двух спиральных ветвей, одна из которых включает входной патрубок с одного торца и витки, выполненные так, что между ними размещены витки второй ветви с выходным патрубком с того же, что и входной патрубок, торца, при этом обе ветви гидравлически соединены между собой с противоположного патрубкам торца.Known shirt cooling an electric machine [RF patent No. 169095 U1, cl. H02K 9/16, 03.03.2017], made in the form of a spiral tubular element with coolant inlet and outlet nozzles and designed to be installed between the stator and the electric machine body, the spiral tubular element made in the form of two spiral branches, one of which includes an inlet pipe from one end and turns made so that between them are placed turns of the second branch with an outlet pipe from the same as the inlet pipe, end, while both branches are hydraulically interconnected from the opposite end pipes.

Недостатками аналога являются невысокая интенсивность теплоотвода, а также существенные перепады температуры от внешней поверхности статора к внутренней, обусловленные расположением рубашки охлаждения на внешней поверхности магнитопровода.The disadvantages of the analogue are the low heat sink intensity, as well as significant temperature differences from the outer surface of the stator to the inner one, due to the location of the cooling jacket on the outer surface of the magnetic circuit.

Известен статор электрической машины с жидкостным охлаждением магнитопровода [патент РФ №2284627 С2, кл. H02K 9/19, 27.09.2006], содержащий магнитопровод в виде тороида прямоугольного сечения из ферромагнитного материала с установленной на нем обмоткой, кольцеобразные нажимные элементы корпуса с обеих торцевых сторон магнитопровода, устройство, соединяющее нажимные элементы, и кольцевую охлаждающую камеру, охватывающую статор с внешней стороны и заполненную охлаждающей жидкостью с ее охлаждением во внешнем теплообменнике, при этом магнитопровод выполнен монолитным, нажимные элементы корпуса герметически соединены с магнитопроводом и снабжены цилиндрической оболочкой с внутренним диаметром больше наружного диаметра магнитопровода, герметически соединенной с указанными нажимными элементами по их периметру, образуя охлаждающую камеру тороидальной формы прямоугольного сечения.Known stator of an electric machine with liquid cooling of the magnetic circuit [RF patent No. 2284627 C2, class. H02K 9/19, 09/27/2006], containing a magnetic core in the form of a rectangular toroid of ferromagnetic material with a winding installed on it, ring-shaped pressure elements of the housing on both ends of the magnetic circuit, a device connecting the pressure elements, and an annular cooling chamber covering the stator with the outer side and filled with coolant with its cooling in an external heat exchanger, while the magnetic circuit is made integral, the pressure elements of the housing are hermetically connected to the magnetic circuit and equipped with an cylindrical shell with an inner diameter larger than the outer diameter of the magnetic circuit, hermetically connected to said pressure elements along their perimeter, forming a cooling chamber of a toroidal shape of rectangular cross section.

Недостатками аналога являются невысокая интенсивность теплоотвода, а также существенные перепады температуры от внешней поверхности статора к внутренней, обусловленные протеканием хладагента по внешней поверхности магнитопровода.The disadvantages of the analogue are the low heat sink intensity, as well as significant temperature differences from the outer surface of the stator to the inner one, due to the flow of refrigerant along the outer surface of the magnetic circuit.

Известен электродвигатель с внешним ротором и системой охлаждения статора [патент РФ №2697511 С1, кл. H02K 1/20, H02K 5/20, H02K 9/19, 15.08.2019], включающий вал, установленный в подшипниковой опоре, концентрично которому установлен магнитопровод статора с рабочей обмоткой и ее лобовыми вылетами, причем вал выполнен статическим, электродвигатель снабжен полым цилиндром, внутри которого установлен магнитопровод статора, причем цилиндр содержит крышки, герметично соединенные с валом и соответствующими торцами цилиндра, и две внутренние перегородки, образующие полости, статический вал содержит каналы для подвода и отвода хладагента, каждый из которых сообщен с полостью цилиндра, расположенной со стороны подшипниковой опоры, а полость, расположенная со стороны свободного конца вала, снабжена штуцерами для подвода и отвода хладагента.Known electric motor with an external rotor and a stator cooling system [RF patent No. 2697511 C1, class. H02K 1/20, H02K 5/20, H02K 9/19, 08/15/2019], including a shaft mounted in a bearing support, concentric with which a stator magnetic circuit with a working winding and its frontal overhangs is installed, the shaft being made static, the electric motor is equipped with a hollow cylinder inside which a stator magnetic circuit is installed, and the cylinder contains covers that are hermetically connected to the shaft and the corresponding ends of the cylinder, and two internal partitions forming cavities, the static shaft contains channels for supplying and discharging refrigerant, each of which It has a cavity with a cylinder cavity located on the side of the bearing support, and a cavity located on the side of the free end of the shaft is equipped with fittings for supplying and discharging refrigerant.

Недостатком аналога является необходимость герметизации статора от ротора при помощи полого цилиндра, что приводит к увеличению воздушного зазора между статором и ротором и, как следствие, увеличению размеров индуктора.A disadvantage of the analogue is the need to seal the stator from the rotor with the help of a hollow cylinder, which leads to an increase in the air gap between the stator and the rotor and, as a result, an increase in the size of the inductor.

Известна электрическая машина с жидкостным охлаждением статора [патент РФ №2687560 С1, кл. H02K 1/20, H02K 9/19, 15.05.2019], содержащая 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, в которой герметизация каналов выполнена путем заполнения зазоров между листами электротехнической стали герметизирующим компаундом или клеем и/или путем размещения в этих каналах трубок из электроизоляционного материала, и/или из магнитопроводящего материала, и/или из металла с изоляцией этих трубок от листов электротехнической стали и/или по меньшей мере от одного коллектора; и/или трубок, размещенных с заполнением зазоров между этими трубками и листами электротехнической стали теплопроводящим компаундом или клеем; и/или трубок, установленных в каналы сердечника статора с использованием развальцовки, или запрессовки, или гидроопрессовки, или пневмоопрессовки, или вплавления в поверхность этих каналов.Known electric machine with liquid cooling of the stator [RF patent No. 2687560 C1, class. H02K 1/20, H02K 9/19, 05/15/2019], comprising a stator core with a winding, composed of sheets of electrical steel, in the back of which there are sealed channels connected together in series and / or in parallel using collectors adapted for supply and drainage of liquid cooled in an external heat exchanger, bearing shields and a rotor with a shaft in which the channels are sealed by filling the gaps between the sheets of electrical steel with a sealing compound or glue and / or by placing in these pipes the walls of the tubes are made of electrically insulating material, and / or of magnetic conductive material, and / or of metal with the isolation of these tubes from sheets of electrical steel and / or from at least one collector; and / or tubes placed with filling gaps between these tubes and sheets of electrical steel with a heat-conducting compound or glue; and / or tubes installed in the channels of the stator core using flaring, or pressing, or hydraulic molding, or pneumatic molding, or fusion into the surface of these channels.

Недостатком аналога является то, что обмотка статора охлаждается косвенно через магнитопровод, что негативно сказывается на максимально допустимых плотностях тока и линейных токовых нагрузках.The disadvantage of the analogue is that the stator winding is cooled indirectly through the magnetic circuit, which negatively affects the maximum allowable current densities and linear current loads.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к заявляемому является охлаждаемый статор электрической машины [патент РФ №169 096 U1, H02K 1/20, 03.03.2017], содержащий размещенные в пазах магнитопровода статора фазные обмотки с образованием между смежными обмотками и магнитопроводом полостей треугольного сечения, в которых размещен трубчатый теплообменник с образованием контакта с поверхностями обмоток и магнитопровода, образующими указанное треугольное сечение, при этом трубчатый теплообменник выполнен из теплопроводящего силикона так, что 4T/π≥D≥T, где D - внешний диаметр трубчатого теплообменника; Т - длина профиля указанного треугольного сечения по магнитопроводу.The closest in technical essence and the achieved result to the claimed one is a cooled stator of an electric machine [RF patent No. 169 096 U1, H02K 1/20, 03.03.2017], containing phase windings located in the grooves of the stator magnetic circuit with the formation of triangular cavities between adjacent windings and the magnetic circuit sections in which the tubular heat exchanger is placed with the formation of contact with the surfaces of the windings and the magnetic circuit forming the indicated triangular section, while the tubular heat exchanger is made of heat-conducting silicone so that 4T / π≥D≥T, where D - outside diameter of the tubular heat exchanger; T is the length of the profile of the indicated triangular section along the magnetic circuit.

Главными недостатками ближайшего аналога являются ограниченные функциональные возможности, обусловленные низкой интенсивностью охлаждения обмотки статора и малой площадью контакта меди и хладагента.The main disadvantages of the closest analogue are limited functionality due to the low cooling rate of the stator winding and the small contact area of copper and refrigerant.

Задача изобретения - расширение функциональных возможностей и повышение надежности, благодаря увеличению интенсивности охлаждения обмотки статора за счет увеличения площади контакта хладагента с медью.The objective of the invention is the expansion of functionality and reliability, due to the increase in the cooling rate of the stator winding by increasing the contact area of the refrigerant with copper.

Технический результат - повышение надежности, энергоэффективности, минимизация тепловыделений обмотки статора и, как следствие, повышение КПД электрической машины.The technical result is an increase in reliability, energy efficiency, minimization of heat emission of the stator winding and, as a result, increased efficiency of an electric machine.

Поставленная задача решается и указанный результат достигается тем, что статор электрической машины с трубчатой системой охлаждения, содержащий магнитопровод с уложенными в нем обмоткой с проводниками и силиконовыми трубками, в котором, согласно изобретению, обмотка статора расположена внутри силиконовых трубок с возможностью омывания хладагентом поверхности проводников, при этом силиконовые трубки выполняют также функции пазовой изоляции, а в области лобовых частей обмотки силиконовые трубки присоединены к тройникам, изготовленным из немагнитного материала, с возможностью прохождения хладагента через отверстия, при этом один из тройников имеет отверстие, через которое герметично выведены проводники обмотки.The problem is solved and the specified result is achieved by the fact that the stator of an electric machine with a tubular cooling system, containing a magnetic circuit with a winding laid with conductors and silicone tubes, in which, according to the invention, the stator winding is located inside the silicone tubes with the possibility of washing the surface of the conductors with refrigerant, while the silicone tubes also perform the functions of slot insulation, and in the area of the frontal parts of the winding the silicone tubes are connected to tees made m of non-magnetic material, with the possibility of the passage of refrigerant through the holes, while one of the tees has an opening through which the winding conductors are hermetically removed.

Сущность изобретения поясняется чертежами. На фиг. 1 показана модель статора с установленной на одной из катушек предлагаемой системой охлаждения. На фиг. 2 показан продольный разрез паза статора с трубчатой системой охлаждения.The invention is illustrated by drawings. In FIG. 1 shows a stator model with the proposed cooling system installed on one of the coils. In FIG. 2 shows a longitudinal section through a groove of a stator with a tubular cooling system.

Статор электрической машины с трубчатой системой охлаждения (фиг. 1 и фиг. 2) содержит магнитопровод 1, набранный из листов электротехнической стали, в пазы которого, вместо пазовой изоляции, уложены силиконовые трубки 2. Внутрь силиконовых трубок 2 уложена обмотка статора 3, а в области лобовых частей обмотки трубка с каждого конца надета на тройники 4 и 5. Оба тройника имеют отверстия 6 и 7 для подачи хладагента. Помимо этого, тройник 5 имеет отверстия 8 для герметичного вывода проводников обмотки 9.The stator of an electric machine with a tubular cooling system (Fig. 1 and Fig. 2) contains a magnetic circuit 1 composed of sheets of electrical steel, in the slots of which, instead of the groove insulation, silicone tubes 2 are laid. Inside the silicone tubes 2, the stator winding 3 is laid, and in On the frontal part of the winding, the tube from each end is worn on tees 4 and 5. Both tees have openings 6 and 7 for supplying refrigerant. In addition, the tee 5 has holes 8 for the hermetic output of the conductors of the winding 9.

Статор электрической машины с трубчатой системой охлаждения работает следующим образом: при протекании тока по обмотке статора 3 в ней образуются потери, выделяющиеся в виде тепловой энергии. При прохождении переменного магнитного потока через магнитопровод 1 в нем также образуются потери, которые обуславливаются появлением вихревых токов и перемагничиванием стали. Для отведения тепла от статора через обмотку статора 3 пропускается жидкий хладагент. Хладагент подается через отверстие 7, проходит через тройник 5, изготовленный из немагнитного материала и имеющий отверстия 8 для герметичного вывода проводников обмотки 9, трубки 2, тройник 4 и выходит через отверстие 6. При этом на всем пути он проходит между проводниками обмотки статора 3, охлаждая их. Магнитопровод 1 напрямую с хладагентом не контактирует, поэтому такое охлаждение подходит только для машин с низким уровнем тепловыделений в магнитопроводе 1.The stator of an electric machine with a tubular cooling system works as follows: when current flows through the stator winding 3, losses are generated in it, released in the form of thermal energy. When an alternating magnetic flux passes through the magnetic circuit 1, losses are also formed in it, which are caused by the appearance of eddy currents and the magnetization reversal of steel. To remove heat from the stator through the stator winding 3, liquid refrigerant is passed. The refrigerant is supplied through the opening 7, passes through a tee 5 made of non-magnetic material and having openings 8 for the hermetic output of the conductors of the winding 9, the tube 2, the tee 4 and exits through the hole 6. At the same time, it passes between the conductors of the stator winding 3, chilling them. The magnetic circuit 1 does not directly contact the refrigerant, therefore, such cooling is suitable only for machines with a low level of heat generation in magnetic circuit 1.

Итак, заявленное изобретение позволяет расширить функциональные возможности и повысить надежность статора, благодаря повышению интенсивности охлаждения обмотки статора за счет увеличения площади контакта хладагента с медью, которое обуславливается переносом проводников обмотки статора непосредственно внутрь канала охлаждения. Таким образом достигается повышение энергоэффективности и минимизация тепловыделений обмотки статора.So, the claimed invention allows to expand the functionality and reliability of the stator, due to the increased intensity of cooling of the stator winding due to the increase in the contact area of the refrigerant with copper, which is caused by the transfer of the stator winding conductors directly into the cooling channel. Thus, an increase in energy efficiency and minimization of heat emission of the stator winding are achieved.

Claims (1)

Статор электрической машины с трубчатой системой охлаждения, содержащий магнитопровод с уложенными в нем обмоткой с проводниками и силиконовыми трубками, отличающийся тем, что обмотка статора расположена внутри силиконовых трубок с возможностью омывания хладагентом поверхности проводников, при этом силиконовые трубки выполняют также функции пазовой изоляции, а в области лобовых частей обмотки силиконовые трубки присоединены к тройникам, изготовленным из немагнитного материала, с возможностью прохождения хладагента через отверстия, при этом один из тройников имеет отверстие, через которое герметично выведены проводники обмотки.The stator of an electric machine with a tubular cooling system, containing a magnetic circuit with a winding laid with conductors and silicone tubes, characterized in that the stator winding is located inside the silicone tubes with the ability to wash the surface of the conductors with coolant, while the silicone tubes also perform the functions of slot insulation, and in areas of the frontal parts of the winding silicone tubes are connected to tees made of non-magnetic material, with the possibility of the passage of refrigerant through the holes , while one of the tees has an opening through which the winding conductors are hermetically removed.
RU2019141884A 2019-12-13 2019-12-13 Electric machine stator with tubular cooling system RU2719287C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019141884A RU2719287C1 (en) 2019-12-13 2019-12-13 Electric machine stator with tubular cooling system

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019141884A RU2719287C1 (en) 2019-12-13 2019-12-13 Electric machine stator with tubular cooling system

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2719287C1 true RU2719287C1 (en) 2020-04-17

Family

ID=70277892

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2019141884A RU2719287C1 (en) 2019-12-13 2019-12-13 Electric machine stator with tubular cooling system

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2719287C1 (en)

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3675056A (en) * 1971-01-04 1972-07-04 Gen Electric Hermetically sealed dynamoelectric machine
US3956724A (en) * 1972-11-16 1976-05-11 Westinghouse Electric Corporation Superconductive winding with cooling passages
RU115972U1 (en) * 2011-11-22 2012-05-10 Российская Федерация, От Имени Которой Выступает Министерство Промышленности И Торговли Российской Федерации ELECTRIC MACHINE STATOR WITH COOLING SYSTEM
RU169096U1 (en) * 2016-09-30 2017-03-03 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский государственный технологический университет "СТАНКИН" (ФГБОУ ВО "МГТУ "СТАНКИН") Electric machine stator
RU2651581C2 (en) * 2016-10-10 2018-04-23 Общество с ограниченной ответственностью "Научно-производственное предприятие "Резонанс" Electrical machine stator with water cooling
RU2700274C1 (en) * 2019-01-10 2019-09-16 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Уфимский государственный авиационный технический университет" Electric machine with intensive cooling system

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3675056A (en) * 1971-01-04 1972-07-04 Gen Electric Hermetically sealed dynamoelectric machine
US3956724A (en) * 1972-11-16 1976-05-11 Westinghouse Electric Corporation Superconductive winding with cooling passages
RU115972U1 (en) * 2011-11-22 2012-05-10 Российская Федерация, От Имени Которой Выступает Министерство Промышленности И Торговли Российской Федерации ELECTRIC MACHINE STATOR WITH COOLING SYSTEM
RU169096U1 (en) * 2016-09-30 2017-03-03 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский государственный технологический университет "СТАНКИН" (ФГБОУ ВО "МГТУ "СТАНКИН") Electric machine stator
RU2651581C2 (en) * 2016-10-10 2018-04-23 Общество с ограниченной ответственностью "Научно-производственное предприятие "Резонанс" Electrical machine stator with water cooling
RU2700274C1 (en) * 2019-01-10 2019-09-16 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Уфимский государственный авиационный технический университет" Electric machine with intensive cooling system

Similar Documents

Publication Publication Date Title
FI124814B (en) Electric machine stator and electric machine
EP3499685B1 (en) Stator of an electric machine provided with fluid cooling
ES2319392T3 (en) REFRIGERATION OF A WINDING ENTREHIERRO OF ELECTRICAL MACHINES.
CN102725945B (en) For the apparatus and method of cooling motor
CN109787405B (en) High-efficient flux barrier motor based on hybrid cooling technique
CN107276266A (en) A kind of two-way cooling oil-cooled motor
CN105305667A (en) Electric machine
CN105308832A (en) Liquid cooled stator for high efficiency machine
CN107093933A (en) For the motor of motor vehicle, bobbin and motor vehicle for motor
US4031422A (en) Gas cooled flux shield for dynamoelectric machine
US11255612B2 (en) Wound strip machine
RU2719287C1 (en) Electric machine stator with tubular cooling system
JPS5833780B2 (en) Kaitenden Kiyou Kaitense Buzai
KR101398003B1 (en) High-frequency switch DC rectifier transformer module structure and metood
CA2516737A1 (en) Continuous extrusion apparatus
US3469126A (en) Liquid-cooled turbo-generator
CN103618394A (en) Disc-type motor stator adopting heat pipe windings
RU2513042C1 (en) Liquid-cooling system for electric machinery stators at autonomous objects
RU2706802C1 (en) Electric machine stator with liquid cooling (versions)
RU2223584C2 (en) Electrical machine stator
CN111247724A (en) Electric machine with cooling device comprising partially subdivided channels
JP7250214B2 (en) Stator and rotating electrical machine
CN113364169A (en) Motor end winding cooling structure, motor cooling system and motor
KR101518977B1 (en) Apparatus of cooling for stator coils of superconduting motor or generator
RU2284627C2 (en) Electrical machine stator with liquid-cooled magnetic circuit