SE517323C2 - Kylningsanordning för en elektrisk maskin - Google Patents

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.

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.

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.

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.

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 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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

Det bästa resultatet åstadkommes av kylfluidum, om ett roterande flöde alstras, eftersom detta förhöjer värmeöverföringen från lindningsdelen till kylfluidumet.

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).

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.

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.

Ett kylfluidum skulle kunna vara vatten eller olja, t ex kiselolja.

Claims (9)

10 20 25 30 51 7 3 2 3 6 PATENTKRAV

1. Kylanordning för en elektrisk maskin med lindningar anordnade i interna spår med ledare samlade i nära relation, kännetecknad av gjutmassa (4) gjuten omkring lindníngarnas (W la, W2a, W3a, W4a) ledare i varje spår, vilken gjutrnassa (4) är gjord av ett material med goda terrniskt ledande egenskaper; minst en rörforrnig kanal (5) anordnad i nära anslutning till en del av gjutmassan (4) omkring lindningarna (Wla, W2a, W3a, W4a) och i vilken kanal ett kylfluidum (6) flyter.

2. Kylanordning enligt krav 1, kännetecknad av att den rörfonniga kanalen (5) är försedd med väggar gjorda av ett termiskt ledande material.

3. Kylanordning enligt krav I, kännetecknad av att minst en vägg av den rörfor- miga kanalen är åstadkommen med själva gjutmassan (4).

4. Kylanordning enligt krav 3, kännetecknad av att materialet i gjutmassan (4) och i kylfluidumet är inerta i förhållande till varandra.

5. Kylanordning enligt något av föregående krav, kännetecknad av att giutmassan (4) innefattar epoxiharts blandat med mineralpulver, tex av kisel eller en alumi- niumoxid.

6. Kylanordning enligt något av föregående krav för en maskin med statorpoler placerade angränsande varandra, kännetecknad av att de rörforrniga kanalerna (5) är placerade i angränsning till de lindningar, som hör till två olika poler.

7. Kylanordning enligt krav 6, kännetecknad av att alla de rörfonniga kanalema (5) är anordnade parallellt med varandra.

8. Kylanordning enligt krav 6, kännetecknad av att alla de rörfonniga kanalerna är anordnade i serie med varandra. “517 323 7

9. Kylanordning enligt något av kraven 6-8, kännetecknad av medel (17, 18, 19) för att mäta skillnadstemperaturen mellan inloppsfluidum och utloppsfluidum genom kanalema, och att resultatet av mätningen styr pumpningshastigheten hos en pump (10; 15) för fluidumströmmen.