Nothing Special   »   [go: up one dir, main page]

RU2824178C1 - Electrical machine stator - Google Patents

Electrical machine stator Download PDF

Info

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
Application number
RU2023123149A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Владимир Петрович Глазков
Никита Владимирович Глазков
Олег Владимирович Глазков
Владимир Николаевич Матвеев
Николай Сергеевич Окнин
Валерий Григорьевич Фисенко
Original Assignee
Никита Владимирович Глазков
Олег Владимирович Глазков
Filing date
Publication date
Application filed by Никита Владимирович Глазков, Олег Владимирович Глазков filed Critical Никита Владимирович Глазков
Application granted granted Critical
Publication of RU2824178C1 publication Critical patent/RU2824178C1/en

Links

Abstract

FIELD: electrical engineering.
SUBSTANCE: stator of electric machine includes core from sheet electrical steel and slots for arrangement of windings. Invention is characterized by the fact that the sheets of electrical steel on the side opposite to the slots have protrusions directly in contact with the coolant. At the same time tops of protrusions are connected to each other by bandage tape, threads or other composite material.
EFFECT: higher efficiency of cooling.
5 cl, 14 dwg

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)

1. Статор электрической машины, имеющий сердечник из листовой электротехнической стали и пазы для размещения обмоток, отличающийся тем, что листы стали со стороны, противоположной пазам, имеют выступы, непосредственно соприкасающиеся с хладагентом, причем вершины выступов соединены между собой бандажной лентой, нитями или другим композитным материалом.1. A stator of an electric machine having a core made of sheet electrical steel and slots for accommodating windings, characterized in that the sheets of steel on the side opposite the slots have projections that are in direct contact with the coolant, and the tops of the projections are connected to each other by a bandage tape, threads or other composite material. 2. Статор по п. 1, отличающийся тем, что во впадинах между выступами размещены шпильки, стягивающие листы и образующие вместе с листами и нажимными кольцами сердечник.2. The stator according to item 1, characterized in that pins are placed in the depressions between the projections, which tighten the sheets and form a core together with the sheets and pressure rings. 3. Статор по п. 1, отличающийся тем, что стяжные шпильки размещены в выступах с отверстиями.3. The stator according to item 1, characterized in that the tie rods are placed in projections with holes. 4. Статор по п. 1, отличающийся тем, что пазы для обмотки расположены внутри статора, а выступы, соприкасающиеся с хладагентом, - снаружи.4. The stator according to item 1, characterized in that the slots for the winding are located inside the stator, and the projections in contact with the coolant are located outside. 5. Статор по п. 1, отличающийся тем, что пазы для обмотки расположены снаружи статора, а выступы, соприкасающиеся с хладагентом, - внутри.5. The stator according to item 1, characterized in that the slots for the winding are located on the outside of the stator, and the projections in contact with the coolant are located on the inside.
RU2023123149A 2023-09-06 Electrical machine stator RU2824178C1 (en)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2824178C1 true RU2824178C1 (en) 2024-08-06

Family

ID=

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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