RU2824178C1 - Electrical machine stator - Google Patents
Electrical machine stator Download PDFInfo
- Publication number
- RU2824178C1 RU2824178C1 RU2023123149A RU2023123149A RU2824178C1 RU 2824178 C1 RU2824178 C1 RU 2824178C1 RU 2023123149 A RU2023123149 A RU 2023123149A RU 2023123149 A RU2023123149 A RU 2023123149A RU 2824178 C1 RU2824178 C1 RU 2824178C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- stator
- projections
- slots
- coolant
- core
- Prior art date
Links
- 239000002826 coolant Substances 0.000 claims abstract description 11
- 238000004804 winding Methods 0.000 claims abstract description 10
- 229910000976 Electrical steel Inorganic materials 0.000 claims abstract description 5
- 239000002131 composite material Substances 0.000 claims abstract description 5
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000010959 steel Substances 0.000 claims description 3
- 238000001816 cooling Methods 0.000 abstract description 13
- 238000004870 electrical engineering Methods 0.000 abstract description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 238000007664 blowing Methods 0.000 description 2
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 2
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 1
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000002528 anti-freeze Effects 0.000 description 1
- -1 antifreeze Substances 0.000 description 1
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 210000003850 cellular structure Anatomy 0.000 description 1
- 239000000110 cooling liquid Substances 0.000 description 1
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 1
- 239000011152 fibreglass Substances 0.000 description 1
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 1
- 239000011810 insulating material Substances 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 1
- 230000002441 reversible effect Effects 0.000 description 1
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 1
Abstract
Description
Изобретение относится к области электромашиностроения, в частности, к электрическим машинам широкого применения. Задача, решаемая настоящим изобретением, - повышение эффективности охлаждения статора электрической машины.The invention relates to the field of electrical engineering, in particular, to electrical machines of wide application. The problem solved by the present invention is to increase the efficiency of cooling of the stator of an electrical machine.
Известны системы охлаждения электрических машин, в которых хладагент подводится к меди обмоток статоров и роторов. Эта система эффективна, но сложна в конструкционном отношении и может быть использована в самых крупных электрических машинах (А.И. Москвитин. Непосредственное охлаждение электрических машин. - М. Издательство АН СССР, 1962, с. 10-34).Cooling systems for electrical machines are known in which the coolant is supplied to the copper of the stator and rotor windings. This system is effective, but structurally complex and can be used in the largest electrical machines (A.I. Moskvitin. Direct Cooling of Electrical Machines. - M. Publishing House of the USSR Academy of Sciences, 1962, pp. 10-34).
Известна также конструкция асинхронного двигателя АО-82 (Проектирование электрических машин. Под ред. П.С. Сергеева - М.: Энергия, 1969, с. 182-184, рис. 9.9 и 9.9а). Эта конструкция принята за прототип.The design of the asynchronous motor AO-82 is also known (Design of electrical machines. Ed. P.S. Sergeev - M.: Energiya, 1969, pp. 182-184, Fig. 9.9 and 9.9a). This design is accepted as a prototype.
Основные недостатки прототипа: тепло, выделяемое в обмотке статора, передается в сердечник статора, набранный из листовой стали, соединяясь с теплом, выделенным в сердечнике, а затем это суммарное тепло преодолевает еще 2 препятствия: стыковку сердечника с корпусом и тепловое сопротивление корпуса, прежде чем достигнуть хладагента (воздуха, обдувающего корпус).The main disadvantages of the prototype: the heat generated in the stator winding is transferred to the stator core, made of sheet steel, combining with the heat generated in the core, and then this total heat overcomes 2 more obstacles: the connection of the core to the housing and the thermal resistance of the housing, before reaching the coolant (air blowing around the housing).
Цель изобретения - повысить энергоэффективность охлаждения, упростить конструкцию, снизить массу и габариты, увеличить коэффициент полезного действия и повысить надежность электрической машины за счет изменения конструкции статора.The purpose of the invention is to increase the energy efficiency of cooling, simplify the design, reduce the weight and dimensions, increase the efficiency and improve the reliability of the electric machine by changing the design of the stator.
Указанная цель достигается тем, что, в отличие от прототипа, убираются 2 последних препятствия: стыковка сердечника с корпусом и корпус, а выступы сердечника образуют ребра, непосредственно соприкасающиеся с хладагентом.The stated goal is achieved by the fact that, unlike the prototype, the last two obstacles are removed: the connection of the core with the housing and the housing, and the core protrusions form ribs that directly contact the coolant.
На фиг.1 показан лист 1 электротехнической стали с пазами 2 для размещения обмотки и выступами 3.Fig. 1 shows a sheet 1 of electrical steel with grooves 2 for placing the winding and protrusions 3.
На фиг.2 показан поперечный разрез сердечника 4 (условно заштрихован), на фиг.3 - его продольный разрез (по А-А фиг.2), на фиг.4 - вид Б фиг.3. Разрез В-В на фиг.3 соответствует виду фиг.2.Fig. 2 shows a cross-section of core 4 (shaded), Fig. 3 shows its longitudinal section (along A-A in Fig. 2), and Fig. 4 shows view B in Fig. 3. Section B-B in Fig. 3 corresponds to view in Fig. 2.
Сердечник состоит из листов 1, нажимных колец 5 и стяжных шпилек 6.The core consists of sheets 1, pressure rings 5 and tie rods 6.
На фиг.5 показан лист 7 электротехнической стали с отверстиями 8 для стяжных шпилек 6 и прорезями 9, исключающими замыкание магнитного потока вокруг шпилек и тем самым препятствующими возникновению токов в стяжных шпильках. Аналогичные отверстия выполняются в нажимных кольцах. Это решение позволяет выполнить нажимные кольца по профилю листа 7 и тем самым максимально увеличить окна в сердечнике для прохождения охлаждающего воздуха в аксиальном направлении, а также уменьшить массу колец.Fig. 5 shows a sheet 7 of electrical steel with openings 8 for tie rods 6 and slots 9, which prevent the magnetic flux from closing around the rods and thus prevent the occurrence of currents in the tie rods. Similar openings are made in the pressure rings. This solution allows the pressure rings to be made according to the profile of sheet 7 and thereby maximally increase the windows in the core for the passage of cooling air in the axial direction, as well as reduce the mass of the rings.
Аналогично с такими же отверстиями 8 и прорезями 9 могут быть выполнены листы 10 для стяжных шпилек 6 между выступов, как это показано на фиг.6.Similarly, sheets 10 for tie rods 6 between the projections can be made with the same holes 8 and slots 9, as shown in Fig. 6.
Эта разновидность размещения шпилек в аксонометрических проекциях показана на фиг.7 (соответствует листу фиг.5) и фиг.7а (соответствует листу фиг.6). Стрелками на этих фигурах условно показано направление движения воздуха, охлаждающего сердечник.This type of stud placement in axonometric projections is shown in Fig. 7 (corresponds to the sheet of Fig. 5) and Fig. 7a (corresponds to the sheet of Fig. 6). The arrows in these figures conventionally indicate the direction of movement of air cooling the core.
На фигурах 1-7а представлен простейший вариант охлаждения статора. Он может быть эффективен для электрических машин, расположенных на движущихся изделиях: на вагонах метро, электричек, поездов, самолетах и других летательных аппаратах, на водных видах транспорта.Figures 1-7a show the simplest version of stator cooling. It can be effective for electric machines located on moving products: on subway cars, electric trains, trains, airplanes and other aircraft, on water transport.
Возможно также увеличение эффективности охлаждения, например, за счет установки вентилятора обдува на валу электрической машины (как показано в прототипе - с.182, рис 9-9) либо отдельно стоящего вентилятора или компрессора.It is also possible to increase the cooling efficiency, for example, by installing a blower fan on the shaft of the electric machine (as shown in the prototype - p. 182, Fig. 9-9) or a separate fan or compressor.
На фиг.8 представлен вариант, когда на поверхность выступов 3 устанавливается цилиндр 11, образующий с выступами аксиальные каналы для хладагента. Этот цилиндр может быть алюминиевым, титановым, стальным или из других металлов и их сплавов, а также из композитных и других конструкционных материалов.Fig. 8 shows a variant where a cylinder 11 is installed on the surface of projections 3, forming axial channels for the coolant with the projections. This cylinder can be made of aluminum, titanium, steel or other metals and their alloys, as well as composite and other structural materials.
На фиг.9 представлена аксонометрическая проекция сердечника, а стрелками условно показано направление движения хладагента в аксиальных каналах.Fig. 9 shows an axonometric projection of the core, and the arrows conventionally indicate the direction of movement of the coolant in the axial channels.
На фиг.10 представлен вариант, когда вершины выступов 3 соединены между собой композитным материалом 12, например, бандажной лентой, углеродными или другими высокопрочными нитями. В этом случае возможна пропитка и запекание всего статора с обмоткой, сердечником, композитным бандажом изоляционным компаундом для создания легкой монолитной конструкции высокой прочности.Fig. 10 shows a variant where the tops of the projections 3 are connected to each other by a composite material 12, for example, a bandage tape, carbon or other high-strength threads. In this case, it is possible to impregnate and bake the entire stator with the winding, core, composite bandage with an insulating compound to create a lightweight monolithic high-strength structure.
Такая конструкция со склеенными предварительно сердечником и нажимными кольцами из изоляционного материала, например, стеклотекстолита, может быть выполнена без стяжных шпилек.This design with a pre-glued core and pressure rings made of insulating material, such as fiberglass, can be made without tie rods.
Охлаждение осуществляется аналогично варианту по фиг.9.Cooling is carried out similarly to the variant in Fig.9.
На фиг.11 представлен вариант, когда лист статора выполнен с перемычками 13 между вершинами выступов, в которых размещены стяжные шпильки 6.Fig. 11 shows a variant where the stator sheet is made with crossbars 13 between the tops of the protrusions in which the tie rods 6 are placed.
В этом случае ячеевидная конструкция сердечника приобретает высокую жесткость.In this case, the cellular structure of the core acquires high rigidity.
В настоящее время все большее распространение получают электрические машины обращенного исполнения - с внешним ротором по отношению к статору (например, патент RU 2458446 С1).At present, inverted electric machines are becoming increasingly widespread - with an external rotor in relation to the stator (for example, patent RU 2458446 C1).
Для такого исполнения электрической машины на фиг.12, 13, 14 представлен сектор статорного листа 1, у которого пазы 2 для обмотки расположены снаружи статора, а выступы 3, обдуваемые хладагентом, - внутри.For such a design of the electric machine, Fig. 12, 13, 14 shows a sector of the stator sheet 1, in which the slots 2 for the winding are located outside the stator, and the projections 3, blown by the coolant, are inside.
Для повышения скорости обдува (и, следовательно, увеличения интенсивности охлаждения) может быть использован цилиндр 11, образующий с выступами 3 и листами 1 аксиальные каналы 14 (фиг.13), обдуваемые хладагентом с помощью вентилятора или компрессора.To increase the blowing speed (and, consequently, increase the cooling intensity), a cylinder 11 can be used, which forms axial channels 14 (Fig. 13) with protrusions 3 and sheets 1, blown with coolant using a fan or compressor.
Если полости каналов 14 будут герметизированы (например, компаундом, пропитывающим обмотку статора и сердечник), то по этим каналам может быть подана охлаждающая жидкость (вода, антифриз, масло), что резко повысит эффективность охлаждения статора и всей электрической машины.If the cavities of channels 14 are sealed (for example, with a compound that impregnates the stator winding and core), then cooling liquid (water, antifreeze, oil) can be supplied through these channels, which will dramatically increase the cooling efficiency of the stator and the entire electric machine.
Эта же система жидкостного охлаждения может быть использована и для необращенной электрической машины, описанной ранее (фиг.1-11).The same liquid cooling system can be used for the non-reversible electric machine described earlier (Fig. 1-11).
На фиг.14 показан вариант с перемычками 13 между вершинами выступов 3 -аналогично фиг.11 для необращенной электрической машины.Fig. 14 shows a variant with jumpers 13 between the tops of the projections 3 - similar to Fig. 11 for a non-reversed electric machine.
Claims (5)
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2824178C1 true RU2824178C1 (en) | 2024-08-06 |
Family
ID=
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
GB453038A (en) * | 1934-12-22 | 1936-09-03 | Waldemar Alden | Improvements in or relating to the cooling of dynamo-electric machines |
SU437176A1 (en) * | 1972-01-03 | 1974-07-25 | Центральное Проектно-Конструкторское И Технологическое Бюро Крупных Электрических Машин | Electric machine stator core |
WO2007002216A1 (en) * | 2005-06-21 | 2007-01-04 | Rockwell Automation Technologies, Inc. | Enhanced electrical machine cooling |
EP3024121A2 (en) * | 2014-11-21 | 2016-05-25 | Hamilton Sundstrand Corporation | Integral optimized flow channels for fluid-cooled motors and generators |
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
GB453038A (en) * | 1934-12-22 | 1936-09-03 | Waldemar Alden | Improvements in or relating to the cooling of dynamo-electric machines |
SU437176A1 (en) * | 1972-01-03 | 1974-07-25 | Центральное Проектно-Конструкторское И Технологическое Бюро Крупных Электрических Машин | Electric machine stator core |
WO2007002216A1 (en) * | 2005-06-21 | 2007-01-04 | Rockwell Automation Technologies, Inc. | Enhanced electrical machine cooling |
EP3024121A2 (en) * | 2014-11-21 | 2016-05-25 | Hamilton Sundstrand Corporation | Integral optimized flow channels for fluid-cooled motors and generators |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US8138652B2 (en) | Multistage variable reluctance motor/generator | |
US10038352B2 (en) | Generator armature | |
EP2057731B1 (en) | Semi-enclosed ac motor | |
EP1557929B1 (en) | Method and apparatus for reducing hot spot temperatures on stacked field windings | |
US8232689B2 (en) | Electromagnetic machines | |
US2917644A (en) | Innercooled turbine generators | |
US20110241453A1 (en) | Electrical machine and method for the manufacture of stator sections therefor | |
US20130127284A1 (en) | Aircraft | |
JPH04251545A (en) | Stator cooling device for electric machine | |
EP3091642B1 (en) | End winding support and heat sink for liquid-cooled generator | |
US11682956B2 (en) | Homopolar linear synchronous machine | |
US3663848A (en) | High-speed alternating current generators | |
US2915655A (en) | Turbine-generator ventilation | |
RU2824178C1 (en) | Electrical machine stator | |
US4508985A (en) | Dynamoelectric machine with rotor ventilation system including axial duct inlet fairing | |
US20140232220A1 (en) | Rotor of an electric machine | |
US3777190A (en) | Superposed-strip field winding for rotary electric machines | |
US2986663A (en) | Rotor construction for dynamoelectric machines | |
US10411576B2 (en) | Liquid cooled linear induction motor | |
US2832910A (en) | Insulation for air gap of unipolar generator | |
JPS631333A (en) | Bisected stator of rotary electric machine | |
WO1998059411A1 (en) | Spherical, direct current, cage rotor electric motor | |
SU1101970A1 (en) | Pole for rotor of synchronous electric machine | |
JP2022114456A (en) | Fan-cooling close-type motor improved by symmetry | |
SU1205224A2 (en) | Electric machine |