SE517323C2 - Cooling device for an electric machine - Google Patents
Cooling device for an electric machineInfo
- Publication number
- SE517323C2 SE517323C2 SE9802339A SE9802339A SE517323C2 SE 517323 C2 SE517323 C2 SE 517323C2 SE 9802339 A SE9802339 A SE 9802339A SE 9802339 A SE9802339 A SE 9802339A SE 517323 C2 SE517323 C2 SE 517323C2
- Authority
- SE
- Sweden
- Prior art keywords
- cooling device
- windings
- cooling
- casting
- tubular
- Prior art date
Links
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
- H02K3/00—Details of windings
- H02K3/04—Windings characterised by the conductor shape, form or construction, e.g. with bar conductors
- H02K3/24—Windings characterised by the conductor shape, form or construction, e.g. with bar conductors with channels or ducts for cooling medium between the conductors
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
- H02K9/00—Arrangements for cooling or ventilating
- H02K9/22—Arrangements for cooling or ventilating by solid heat conducting material embedded in, or arranged in contact with, the stator or rotor, e.g. heat bridges
- H02K9/227—Heat sinks
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Motor Or Generator Cooling System (AREA)
- Windings For Motors And Generators (AREA)
Abstract
Description
5 1 7 ' 3 2 3 2 UPPFINNINGENS SYFTEN Ett syfte med uppfinningen är att sänka temperaturen i de elektriska kopparledama i en maskin, som har en lindningsbärande stator, t ex en switchard maskin med varier- ande reluktans, genom att på ett effektivt sätt transportera bort det överskottsvärme, som alstras av statorlindningama, när de leder en elektrisk ström, som värmer upp dem. OBJECTS OF THE INVENTION An object of the invention is to lower the temperature of the electrical copper conductors in a machine having a winding-carrying stator, for example a switchard machine with varying reluctance, by efficiently transporting remove the excess heat generated by the stator windings as they conduct an electric current that heats them.
Ett annat syfte med uppfinningen är att transportera den terrniska energin bort från statorlindningama i en elektrisk maskin i, t ex, en maskin med varierande reluktans eller en likströmsmaskin med ett permanentmagnetiskt fält på ett effektivt men fort- farande ekonomiskt sätt.Another object of the invention is to transport the terrestrial energy away from the stator windings in an electric machine in, for example, a machine with varying reluctance or a direct current machine with a permanent magnetic field in an efficient but still economical way.
SUMMERING AV UPPFINNINGEN De ovan angivna syftena erhålles med en anordning, som har de kärmetecken, som anges i kravet 1. Ytterligare egenskaper och utvecklingar av uppfinningen anges i resten av kraven.SUMMARY OF THE INVENTION The above objects are achieved with a device having the characteristics indicated in claim 1. Further features and developments of the invention are set forth in the remainder of the claims.
KORTFATTAD F IGURBESKRIVNIN G För en mer fullständig förståelse av uppfinningen och för ytterligare syften och för- delar därav hänvisas nu till följande beskrivning av utföringsformer därav, såsom visas i de åtföljande ritningama, där fig 1 visar ett snitt genom en utföringsform av en stator och en rotor i en reluktans- maskin; fig 2 visar en sidovy av en motor och en forsta utföringsform av kylsystemet utanför motom; och fig 3 visar en sidovy av en motor och en andra utföringsfonn av kylsystemet utanför IIIOÉOIII. 20 25 30 ' 517 323 Beskrivningen av utföringsforrnen i fig 1 är baserad på det slags switchad reluk- tansmotor, som beskrivs i artikeln ”Inverter drive for switched reluctance motor: circuits and component ratings” av R.M. Davis et al, IEE PROC, volym 128, Pt. B, No, mars 1981, sid. 126-136, och illustreras schematiskt på sidan 126 i denna arti- kel. Emellertid skulle uppfinningen också kunna anpassas till pennanentmagnetrna- skiner eller hybridmaskiner med statorer med angränsande pollindningar, och till andra maskiner, i vilka relativt stora lindningar användes, och där en mängd kop- parledare är samlade i en näraliggande relation (sålunda icke utspridda). Polema hos både statom och rotorn kan vara tandade på olika sätt, såsom är välkänt sedan tidiga- re, såsom visas t ex i US-patentet nr 4 748 362 av samma sökande som för denna ansökan (namnet på företaget har ändrats sedan irilärnningen av det patentet). Emel- lertid illustreras icke sådan poltandning, eftersom det icke är någon del av den aktu- ella uppfinningen.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS For a more complete understanding of the invention and for further objects and advantages thereof, reference is now made to the following description of embodiments thereof, as shown in the accompanying drawings, in which fi g 1 shows a section through an embodiment of a stator and a rotor in a reluctance machine; fi g 2 shows a side view of an engine and a first embodiment of the cooling system outside the engine; and fi g 3 shows a side view of an engine and a second embodiment of the cooling system outside IIIOÉOIII. 20 25 30 '517 323 The description of the embodiments in fi g 1 is based on the type of switched reluctance motor, which is described in the article "Inverter drive for switched reluctance motor: circuits and component ratings" by R.M. Davis et al, IEE PROC, Volume 128, Pt. B, No, March 1981, p. 126-136, and is schematically illustrated on page 126 of this article. However, the invention could also be adapted to pennet magnetic machines or hybrid machines with stators with adjacent pole windings, and to other machines in which relatively large windings are used, and where a number of copper conductors are gathered in a close relationship (thus not scattered). The poles of both the stator and the rotor may be toothed in different ways, as is well known in the art, as shown, for example, in U.S. Patent No. 4,748,362 to the same applicant as to this application (the name of the company has changed since the patent). However, such pole firing is not illustrated, as it is not part of the present invention.
Fig 1 visar en stator 1 och en rotor 2, vilka båda är gjorda av ett mjukmagnetiskt järnrnaterial. Statom 1 har poltänder la, lb, 2a, 2b, etc på sin insida, vilka skjuter ut mot rotorn 2. Rotom 2 har tänder Rla, Rlb, R2a, R2b, etc, vilka skjuter ut mot sta- tom. En lindning Wla, Wlb och W2a, W2b, etc, är placerade runt varje statorpol.Fig. 1 shows a stator 1 and a rotor 2, both of which are made of a soft magnetic iron material. The stator 1 has pole teeth 1a, 1b, 2a, 2b, etc. on its inside, which project towards the rotor 2. The rotor 2 has teeth R1a, R1b, R2a, R2b, etc., which project towards the stator. A winding W1a, W1b and W2a, W2b, etc., are located around each stator pole.
Fig 1 illustrerar en fyrfasmotor med polema la, lb och 2a, 2b, etc, av samma slag placerade diarnetralt i förhållande till varandra och med sina lindningar inkopplade den ena efter den andra för att därigenom dra den närmaste tanden hos rotom 2 till ett läge mittför de inkopplade, diarnetralt placerade poldelarna ifråga och på detta sätt sätta motom i rotation.Fig. 1 illustrates a four-phase motor with poles 1a, 1b and 2a, 2b, etc., of the same type placed diarnetrally relative to each other and with their windings connected one after the other to thereby pull the nearest tooth of the rotor 2 to a position opposite the connected, diarnetrically placed pole parts in question and in this way set the motor in rotation.
För att få en mycket god kylning av lindningarna är var och av dem inkapslad i en gjutmassa 4 med mycket goda termiskt ledande prestanda, t ex en gjutrnassa av epoxiharts blandat med mineralpulver, t ex kisel eller någon aluminiumoxid. Ett ex- empel på en lärnplig massa är ”Avaldit CW l302”, tillverkad av CIBA-GEIGY.In order to obtain a very good cooling of the windings, each of them is encapsulated in a casting compound 4 with very good thermally conductive performance, for example a casting mass of epoxy resin mixed with mineral powder, for example silicon or some alumina. An example of a teachable mass is “Avaldit CW l302”, manufactured by CIBA-GEIGY.
Dessa material har god termisk ledning men har också en god elektrisk isolerings- egenskap. 20 25 30 51 7 32 4 Som vanligt inom tekniken är en basseparator 5 anordnad mellan vardera två an- gränsande lindningar, t ex mellan lindningama W2b och W3b. Emellertid, och detta visas inte i något tidigare känt material, är denna basseparator här ett kylrör 5 och är gjort av terrniskt ledande material och är försedd med minst en inre kanal 6, i vilken ett kylmedium flyter. Kylröret skulle t ex kunna vara gjort av ett korslänkat eller komprimerat polyetylen, känd såsom PEX.These materials have good thermal conductivity but also have a good electrical insulation property. As usual in the art, a base separator 5 is arranged between each two adjacent windings, for example between the windings W2b and W3b. However, and this is not shown in any prior art material, this base separator here is a cooling tube 5 and is made of thermally conductive material and is provided with at least one inner channel 6, in which a cooling medium fl surfaces. The cooling tube could, for example, be made of a cross-linked or compressed polyethylene, known as PEX.
I stället för att ha ett kylrör 5 skulle gjutningen av gjutmassan runt lindningama kunna utföras med lindningama på plats genom att använda en gjutform med sidoma vända mot lindningama formad såsom de anslutande sidorna hos kylröret 5. När gjutningen har gjorts tas gjutformen bort, och den återstående kaviteten användes såsom en kylkarral med direkt åtkomst till det terrniskt ledande materialet runt om ledama i lindningarna. Det är också möjligt att fylla gjutmassan direkt i hålrummet med lindnjngama insatta och därefter fylla det åtskiljande utrymmet mellan lind- ningarna, där röret 5 skall placeras. När gjutproceduren är avslutad borras eller görs på något annat lämpligt sätt kanaler för kylfluidumet mellan lindningarna. I ett dy- likt fall är det viktigt att kylfluidumet icke har någon korrosiv verkan på gjutmassan 4, dvs gjutrnassan och kylfluidumet är valda på sådant sätt, att de är speciellt kemiskt inerta i förhållande till varandra.Instead of having a cooling tube 5, the casting of the casting mass around the windings could be performed with the windings in place by using a mold with the sides facing the windings shaped as the connecting sides of the cooling tube 5. Once the casting has been done, the mold is removed, and the remaining the cavity was used as a cooling vessel with direct access to the thermally conductive material around the members of the windings. It is also possible to fill the casting mass directly into the cavity with the windings inserted and then fill the separating space between the windings, where the pipe 5 is to be placed. When the casting procedure is completed, ducts for the cooling fluid between the windings are drilled or made in some other suitable way. In such a case, it is important that the cooling fluid has no corrosive effect on the casting mass 4, ie the casting compound and the cooling fluid are selected in such a way that they are particularly chemically inert in relation to each other.
På detta sätt överförs värmet från lindningens ledare till den rörfonniga bassepara- tom 5, som kyls av kylfluidum. Detta kan göras approximativt lika effektivt och mycket billigare än det kylsystem, som beskrivs i US-patentet 5 489 810.In this way, the heat is transferred from the winding conductor to the tubular base apparatus 5, which is cooled by cooling fl uidum. This can be done approximately as efficiently and much cheaper than the cooling system described in U.S. Patent 5,489,810.
Kylfluidumet 6 skulle kunna föras parallellt genom kanalerna 5, såsom illustreras i fig 2, i vilken ett slutet kylsystem visas, vilket har en extem, kombinerad kylanord- ning och pump 10 kopplad till en kylmediumdistributör l 1, vid ena änden av motorn 12, som distribuerar kylmediet till kanalerna 5 (icke visad i fig 2). Kylelementet 10 skulle kunna göras på många olika sätt välkända för fackmarmen och är därför icke beskrivet i detalj. Den viktiga egenskapen med avseende på uppfinningen är just att kylmediet avkyls och tvingas att flyta genom kylrören 5. En enhet 13 som förenar kylmediet, ansluten till rören 5 vid motoms 12 andra ändsida, samlar ihop fluidumet, 20 25 30 517 323 5 som kommer från dem. Fonnerna hos enheterna 11 och 13 måste anpassas för att låta motorns roterande axel 14 passera genom dem och skulle t ex kunna vara ring- formiga eller dylikt.The cooling medium 6 could be passed in parallel through the channels 5, as illustrated in fi g 2, in which a closed cooling system is shown, which has an extreme, combined cooling device and pump 10 connected to a cooling medium distributor 11, at one end of the motor 12, which distributes the refrigerant to the ducts 5 (not shown in fi g 2). The cooling element 10 could be made in many different ways well known to the person skilled in the art and is therefore not described in detail. The important feature with respect to the invention is precisely that the coolant is cooled and forced to surface through the cooling pipes 5. A unit 13 connecting the coolant, connected to the pipes 5 at the other end side of the motor 12, collects the fluid, which comes from them. The shapes of the units 11 and 13 must be adapted to allow the rotating shaft 14 of the motor to pass through them and could, for example, be annular or the like.
Kylfluidumet 6 skulle i stället kunna överföras i serie genom kanalerna 5, såsom illustreras i fig 3, där ett slutet kylsystem visas med en extern, kombinerad kylare och pump 15 ansluten till ett av kylrören 5 (icke visad) vid motorns 12 ena ände.The cooling unit 6 could instead be transmitted in series through the channels 5, as illustrated in Figure 3, where a closed cooling system is shown with an external, combined cooler and pump 15 connected to one of the cooling pipes 5 (not shown) at one end of the engine 12.
Elementet 15 är kopplat till ett armat av rören 5 vid motoms 12 andra ände. Rören 5 har kopplats i serie medelst rörstycken 16 eller dylikt.The element 15 is connected to an arm of the tubes 5 at the other end of the motor 12. The pipes 5 have been connected in series by means of pipe pieces 16 or the like.
Det bästa resultatet åstadkommes av kylfluidum, om ett roterande flöde alstras, eftersom detta förhöjer värmeöverföringen från lindningsdelen till kylfluidumet.The best result is obtained by the cooling unit, if a rotating flow is generated, as this increases the heat transfer from the winding part to the cooling unit.
Detta skulle kunna erhållas genom att ha en tillräckligt hög flödeshastighet. Det är också möjligt att utfonna inloppsrören på sådant sätt, att flödet börjar rotera före det att det inträder i kylröret, tex genom att förse det med en inre fläns eller liknande (icke visat).This could be obtained by having a sufficiently high speed of fate. It is also possible to design the inlet pipes in such a way that the börjar fate begins to rotate before it enters the cooling pipe, for example by providing it with an inner fl end or the like (not shown).
Flödeshastigheten bör vara så hög, att temperaturskillnaden mellan inlopps- och ut- loppsflödet är lägre än ett förbestämt värde, tex lägre än 0,5°C. Detta innebär att flödeshastigheten for den i fig 3 visade seriekopplingen bör vara högre än för den i fig 2 visade parallellkopplingen, dvs tryckfallet från inloppet till utloppet är högre för seriekopplingen än för parallellkopplingen.The flow rate should be so high that the temperature difference between the inlet and outlet flow is lower than a predetermined value, eg lower than 0.5 ° C. This means that the speed of fate for the series connection shown in 3 g 3 should be higher than for the parallel connection shown in 2 g 2, ie the pressure drop from the inlet to the outlet is higher for the series connection than for the parallel connection.
Såsom illustreras i fig 3 skulle temperatursensorer 17 respektive 18 kunna anordnas för att avkänna temperaturema i inloppet och i utloppet. Utsignalerna från sensorer- na 17 och 18 är var och en kopplade till en skild ingång på en differentialspännings- enhet 19, som justerar pumpens pumpningshastighet till en högre nivå, när skillnads- temperaturen mellan inloppet och utloppet är för högt. På detta sätt behöver pump- ningshastigheten icke ligga på en mycket hög nivå hela tiden. En högre hastighet innebär mera oljud, och det är fördelaktigt om detta skulle kunna undvikas förutom när det behövs.As illustrated in Fig. 3, temperature sensors 17 and 18, respectively, could be provided to sense the temperatures in the inlet and in the outlet. The output signals from the sensors 17 and 18 are each connected to a separate input on a differential voltage unit 19, which adjusts the pumping speed of the pump to a higher level, when the difference temperature between the inlet and the outlet is too high. In this way, the pumping speed does not have to be at a very high level all the time. A higher speed means more noise, and it is advantageous if this could be avoided except when needed.
Ett kylfluidum skulle kunna vara vatten eller olja, t ex kiselolja.A cooling fluid could be water or oil, such as silicon oil.
Claims (9)
Priority Applications (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SE9802339A SE517323C2 (en) | 1998-06-30 | 1998-06-30 | Cooling device for an electric machine |
PCT/SE1999/001079 WO2000001053A1 (en) | 1998-06-30 | 1999-06-16 | Cooling system for an electrical machine |
AU49411/99A AU4941199A (en) | 1998-06-30 | 1999-06-16 | Cooling system for an electrical machine |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SE9802339A SE517323C2 (en) | 1998-06-30 | 1998-06-30 | Cooling device for an electric machine |
Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
SE9802339D0 SE9802339D0 (en) | 1998-06-30 |
SE9802339L SE9802339L (en) | 1999-12-31 |
SE517323C2 true SE517323C2 (en) | 2002-05-28 |
Family
ID=20411904
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
SE9802339A SE517323C2 (en) | 1998-06-30 | 1998-06-30 | Cooling device for an electric machine |
Country Status (3)
Country | Link |
---|---|
AU (1) | AU4941199A (en) |
SE (1) | SE517323C2 (en) |
WO (1) | WO2000001053A1 (en) |
Families Citing this family (18)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE19939598A1 (en) | 1999-08-20 | 2001-03-08 | Magnet Motor Gmbh | Reluctance electric machine |
JP4257118B2 (en) | 2001-01-25 | 2009-04-22 | コーニンクレッカ フィリップス エレクトロニクス エヌ ヴィ | Coil with cooling means |
GB0111629D0 (en) * | 2001-05-11 | 2001-07-04 | Switched Reluctance Drives Ltd | Cooling of electrical machines |
DE10138731B4 (en) * | 2001-08-07 | 2004-11-18 | Aug. Guttendörfer GmbH & Co. | Composite window or door |
FR2840122B1 (en) * | 2002-05-23 | 2004-08-20 | Renault Sa | ELECTRIC MACHINE COOLED BY CIRCULATION OF A LIQUID |
BE1015432A3 (en) * | 2002-05-31 | 2005-03-01 | Protronic Nv | Electric motor, especially switched reluctance motor, has cooling system attached to electrical coils in stator core |
EP1585212A1 (en) * | 2004-04-08 | 2005-10-12 | Siemens Aktiengesellschaft | Rotary electrical machine |
US20060043801A1 (en) * | 2004-08-27 | 2006-03-02 | Caterpillar Inc. | Liquid cooled switched reluctance electric machine |
DE102006008423A1 (en) | 2006-02-23 | 2007-08-30 | Wilo Ag | Motorized centrifugal pump for pumping substances has a stack of contacts for a stator on an electric motor extrusion- coated with plastic fitted with cooling channels |
GB0702997D0 (en) * | 2007-02-16 | 2007-03-28 | Rolls Royce Plc | A cooling arrangement of an electrical machine |
TWI488409B (en) * | 2012-11-21 | 2015-06-11 | Ind Tech Res Inst | Stator module and magnetic generator thereof |
US10770953B2 (en) | 2013-04-03 | 2020-09-08 | Lcdrives Corp. | Liquid cooled stator for high efficiency machine |
DE102015122234A1 (en) * | 2015-12-18 | 2017-06-22 | Bühler Motor GmbH | Coolant distributor for a brushless electric motor, electric motor and motor pump with such a coolant distributor and cooling method for a motor pump |
DE102017221799A1 (en) * | 2017-12-04 | 2019-06-06 | Mahle International Gmbh | Electric machine, in particular for a vehicle |
DE102017221803A1 (en) * | 2017-12-04 | 2019-06-06 | Mahle International Gmbh | Electric machine, in particular for a vehicle |
DE102018102750A1 (en) * | 2018-02-07 | 2019-08-08 | IPGATE Capital Holding AG | Stator for induction machine with axial heat dissipation |
CN110048528B (en) * | 2019-04-29 | 2021-10-01 | 西安交通大学 | Motor stator cooling structure based on low-temperature eutectic solid-liquid phase change heat absorption |
DE102019112549A1 (en) * | 2019-05-14 | 2020-11-19 | Hanon Systems | Stator unit of an electric motor and method for assembling a stator insulation system |
Family Cites Families (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4644210A (en) * | 1985-12-12 | 1987-02-17 | Rockwell International Corporation | High speed induction motor with squirrel cage rotor |
US5578879A (en) * | 1989-09-28 | 1996-11-26 | Heidelberg; G+E,Uml O+Ee Tz | Electric machine with fluid cooling |
US5489810A (en) * | 1994-04-20 | 1996-02-06 | Sundstrand Corporation | Switched reluctance starter/generator |
-
1998
- 1998-06-30 SE SE9802339A patent/SE517323C2/en not_active IP Right Cessation
-
1999
- 1999-06-16 WO PCT/SE1999/001079 patent/WO2000001053A1/en active Application Filing
- 1999-06-16 AU AU49411/99A patent/AU4941199A/en not_active Abandoned
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
AU4941199A (en) | 2000-01-17 |
WO2000001053A1 (en) | 2000-01-06 |
SE9802339L (en) | 1999-12-31 |
SE9802339D0 (en) | 1998-06-30 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
SE517323C2 (en) | Cooling device for an electric machine | |
Lindh et al. | Direct liquid cooling method verified with an axial-flux permanent-magnet traction machine prototype | |
US5189325A (en) | Liquid cooling the rotor of an electrical machine | |
Popescu et al. | Modern heat extraction systems for electrical machines-A review | |
US8247933B2 (en) | Methods and apparatus for a permanent magnet machine with a direct liquid cooled stator | |
CN106233589B (en) | Electromechanically integrated motor apparatus | |
US5703421A (en) | Reluctance generator/motor cooling | |
US7119461B2 (en) | Enhanced thermal conductivity ferrite stator | |
US20220166275A1 (en) | High performance electromagnetic machine and cooling system | |
US20040164625A1 (en) | Fluid cooled electric machine | |
US20110309695A1 (en) | Internally cooled servo motor with dry rotor | |
CN105305667A (en) | Electric machine | |
US10811929B2 (en) | Motor system | |
KR102605990B1 (en) | Axial flux motor water pump | |
SE431275B (en) | ELECTRICAL MACHINE | |
BR112023001828B1 (en) | JACKED ROTODYNAMIC FLOW MACHINE | |
EP1041699B1 (en) | Electric motor or generator | |
Nonneman et al. | Evaluation of high performance rotor cooling techniques for permanent magnet electric motors | |
RU2687560C1 (en) | Electric machine with liquid cooling of stator | |
EP1228558B1 (en) | Electrical machine comprising a stator with windings | |
Le et al. | Design of a novel stator water-cooling system for yokeless and segmented armature axial flux machine | |
WO2016177933A1 (en) | An end-shield for an electric machine | |
CN111247724A (en) | Electric machine with cooling device comprising partially subdivided channels | |
EP4164095A1 (en) | Dynamo-electric machine and cooling structure for dynamo-electric machine | |
EP3522335A1 (en) | Electric machine |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
NUG | Patent has lapsed |