DE2310704A1 - Durch rotierende waermeleitung gekuehlte dynamoelektrische maschine - Google Patents
Durch rotierende waermeleitung gekuehlte dynamoelektrische maschineInfo
- Publication number
- DE2310704A1 DE2310704A1 DE19732310704 DE2310704A DE2310704A1 DE 2310704 A1 DE2310704 A1 DE 2310704A1 DE 19732310704 DE19732310704 DE 19732310704 DE 2310704 A DE2310704 A DE 2310704A DE 2310704 A1 DE2310704 A1 DE 2310704A1
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- evaporator
- condenser
- coolant
- rotor
- coil
- Prior art date
- Legal status (The legal status 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 status listed.)
- Pending
Links
- 239000002826 coolant Substances 0.000 claims description 49
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims description 37
- 230000001360 synchronised effect Effects 0.000 claims description 14
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims description 9
- 239000004020 conductor Substances 0.000 claims description 6
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 4
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 claims 1
- 238000004804 winding Methods 0.000 description 33
- 239000003507 refrigerant Substances 0.000 description 22
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 4
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 4
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 description 4
- 238000005086 pumping Methods 0.000 description 3
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 2
- 239000006200 vaporizer Substances 0.000 description 2
- 238000009423 ventilation Methods 0.000 description 2
- 229920002799 BoPET Polymers 0.000 description 1
- 239000005041 Mylar™ Substances 0.000 description 1
- 241000555745 Sciuridae Species 0.000 description 1
- 241000270295 Serpentes Species 0.000 description 1
- 230000004323 axial length Effects 0.000 description 1
- 230000001680 brushing effect Effects 0.000 description 1
- 241001233037 catfish Species 0.000 description 1
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 238000010292 electrical insulation Methods 0.000 description 1
- 230000006698 induction Effects 0.000 description 1
- 238000003475 lamination Methods 0.000 description 1
- 238000003754 machining Methods 0.000 description 1
- 238000005476 soldering Methods 0.000 description 1
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
- F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
- F28D15/00—Heat-exchange apparatus with the intermediate heat-transfer medium in closed tubes passing into or through the conduit walls ; Heat-exchange apparatus employing intermediate heat-transfer medium or bodies
- F28D15/02—Heat-exchange apparatus with the intermediate heat-transfer medium in closed tubes passing into or through the conduit walls ; Heat-exchange apparatus employing intermediate heat-transfer medium or bodies in which the medium condenses and evaporates, e.g. heat pipes
- F28D15/0208—Heat-exchange apparatus with the intermediate heat-transfer medium in closed tubes passing into or through the conduit walls ; Heat-exchange apparatus employing intermediate heat-transfer medium or bodies in which the medium condenses and evaporates, e.g. heat pipes using moving tubes
-
- 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
- H02K9/225—Heat pipes
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Sustainable Development (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Motor Or Generator Cooling System (AREA)
Description
Durch rotierende Wärmeleitung gekühlte dynamoelektrische Maschine
Die Erfindung bezieht sich auf eine dynamoelektrische Maschine mit verstärkter Rotorkühlung und insbesondere auf eine dynamoelektrische Maschine, in der die Wärme von dem Rotor durch den
Durchfluß von Kühlmittel auf Grund dessen Wärmezyklus abgeführt wird, wobei die Zentrifugalkraft des Rotors ausgenutzt wird, um
das Kühlmittel zwischen dem Kondensor und Verdampfer zu transportieren.
Die Kühlung tropfwassergeschützter oder offener dynamoelektrischer
Maschinen erfolgt typischerweise dadurch, daß Luft durch die
309838/0443
Maschine hindurchgeleitet wird, um Wärme durch Konvektion von den wärmeerzeugenden Komponenten in der Maschine zu absorbieren. Auch
wenn eine Ventilation normalerweise für die meisten Maschinenvorgänge ausreichend ist, werden bei zunehmender Kompaktheit der
Maschinen die Fläche der Kanäle für die Luftströmung durch die
Maschine hindurch verkleinert, wodurch das Luftvolumen abnimmt, das hindurchströmen kann. Um eine weitere Kühlung dynamoelektrischer
Maschinen zu ereichen, kann die Maschine auch dicht abgeschlossen und flüssiges Kühlmittel in direktem Kontakt mit den
wärmeerzeugenden Bereichen der Maschine durch diese hindurch geleitet werden. Derartige Systeme erfordern typischerweise mechanische
Pumpen, um Kühlmittel durch die Maschine hindurchzuleiten, und die Ventilations- und Reibungsverluste der Maschine werden
durch die Wechselwirkung des flüssigen Kühlmittels mit dem rotierenden Rotor wesentlich erhöht.
Es ist weiterhin bekannt, daß Wärme unter Verwendung von Wärmeleitungen
mit Gravitationskraft abgeführt werden kann, d.h. von Kühlsystemen, die keine getrennten Pumpeinrichtungen für den
Kühlmitteltransport erfordern1, oder durch Dochte (wicks), die in typischerweise stationären Wärmeleitungen verwendet werden, um
das Kühlmittel durch das System zu leiten, während die Zentrifugalkraft für einen Kühlmitteltransport normalerweise in rotierenden
Wärme leitungen ausgenutzt wird. Beispielsweise ist bisher
vorgeschlagen worden, daß die Rotorwelle einer dynamoelektrischen Maschine, als eine Wärmeleitung verwendet wird, indem der Innenraum
der hohlen Rotorwelle konisch ausgebildet wird, um das Kühlmittel, das außerhalb der axialen Ausdehnung des Rotors in einen
flüssigen Zustand kondensiert ist, für eine erneute Verdampfung in den Rotorinnenraum zurückzuleiten. In ähnlicher Weise ist vorgeschlagen
worden, daß die Rotorstäbe eines Käfigläuferrotors hohl ausgebildet sind und von wenigstens einem Ende der Rotorfläche
vorragen, damit die Stäbe als Wärmeleitungen zur Kühlung
des Rotorinnenraumes verwendet werden können. Eine Flüssigkeitsströmung von dem vorstehenden Ende der Rotorstäbe in den Rotor-
309838/0443
innenraum würde Jedoch im allgemeinen in der V/eise durchgeführt werden müssen, daß der Innenraum der Rotorstäbe mit einem Docht
versehen oder konisch ausgebildet wird, wobei komplizierte Bearbeitungsverfahren
verwendet werden, und die verlängerten Stäbe müssen durch geeignete Stütztechniken gehaltert werden.
Es ist deshalb eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine dynamoelektrische Maschine mit verstärkter Rotorkühlung zu
schaffen, die durch Wärmeleitungen erzeugt wird.
Diese und andere Aufgaben der vorliegenden Erfindung werden
durch eine dynamoelektrische Maschine mit einem Verdampfer gewä
r me
löst, der sich in thermischem Kontakt mit dem/erzeugenden Bereich des Rotors befindet, um V/ärme von diesem durch die Verdampfung
des Kühlmittels in dem Verdampfer zu absorbieren. Das verdampfte Kühlmittel strömt dann radial nach innen (auf Grund
der Zentrifugalkraft, die auf Grund der eine höhere Dichte aufweisenden Flüssigkeit wirksam ist) durch geeignete Leitungen
hindurch zu einem Kondensor, der entlang dem Rotor in einer ausreichend kalten Umgebung fest angebracht ist, um das Kühlmittel
wieder in den flüssigen Zustand zu kondensieren. Eine geeignete Leitung stellt eine Verbindung des radialen Außenendes
des Kondensors mit dem Verdampfer her und gestattet, daß die Zentrifugalkraft auf das kondensierte Kühlmittel wirkt, um das
Kühlmittel zum Verdampfer zurückzuleiten, damit sich der thermische Zyklus wiederholt. In einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel
der Erfindung ist der Verdampfer in der Mitte der Feldpolwicklung einer Synchronmaschine angeordnet, und der
Kondensor befindet sich axial außen von der Feldpolwicklung, um durch einen hindurchströmenden Luftstrom luftgekühlt zu
werden.
Die Erfindung wird nun mit weiteren Merkmalen und Vorteilen anhand der folgenden Beschreibung und der beigefügten Zeichnungen
verschiedener Ausführungsbeispiele näher erläutert.
309838/0443
Pig. 1 ist eine Schnittansicht von einer erfindungsgemäß aufgebauten
Synchronmaschine.
Fig. 2 ist eine Schnittansicht nach einem Schnitt durch den
Rotorfeldpol der in Fig. 1 gezeigten Synchronmaschine, um eine bevorzugte Anordnung des Verdampfers innerhalb
der Feldpolwicklung darzustellen.
Fig. 3 ist eine isometrische Ansicht der Wärmeleitung, die zur Kühlung der Feldpolwicklungen der in Fig. 1 gezeigten
Maschine verwendet wird.
Fig. 4 ist eine Schnittansicht von dem Rotorfeldpol, um eine
alternative Anordnung des Verdampfers in der Feldpolwicklung zu zeigen.
Fig. 5 ist eine Darstellung einer bevorzugten Anordnung des Verdampfers neben vorgewickelten Spulen, die die Rotorwicklungen
einer InduktionsmcBchine bilden.
In Fig. 1 ist eine Synchronmaschine 10 gezeigt, die durch eine rotierende Wärmeleitung 12 gemäß der vorliegenden Erfindung
gekühlt wird. Die in der Feldpolwicklung 14 des Synchronmotors
erzeugte Wärme wird durch Verdampfung eines Kühlmittels 16 in einem Verdampfer 18 abgeführt. Das gasförmige Kühlmittel strömt
dann zu einem Kondensor 20, der außerhalb der Feldpolwicklung angeordnet ist, um dort wieder in einen flüssigen Zustand umgewandelt
zu werden. Daraufhin leitet die Zentrifugalkraft, die auf das kondensierte Kühlmittel wirkt, das Kühlmittel zu
dem Verdampfer zurück, um den thermischen Zyklus zu wiederholen, Da das Kühlmittel durch Zentrifugalkraft, die durch den Rotor
erzeugt wird, zum Verdampfer zurückgeleitet wird, sind keine getrennten mechanischen Pumpmittel erforderlich, um das Kühlmittel
durch die Wärmeleitung hindurch umzuwälzen.
309838/0443
Der Synchronmotor 10 weist einen allgemein üblichen Aufbau auf,
abgesehen von dem darin verwendeten Kühlmittelsystem, um die Maschinenausgangsleistung auf ein Maximum zu bringen, und umfaßt im allgemeinen einen Rotor, der aus einer Vielzahl geschichteter Magnetbleche 22 gebildet wird, die auf der Welle
in axialer Richtung angebracht sind. Die Welle 21 ist in Lagern 26 gehalten, die auf entgegengesetzten Enden des Motorgehäuses
28 angebracht sind. Die Magnetbleche sind in üblicher Welse
gestanzt, um Feldpole 30 zu bilden, von denen einer in Fig. 2
dargestellt 1st. Diese Pole werden durch Herumwickeln eines kontinuierlichen isolierten Leiters 32 in einer Vielzahl von
Schleifen um die geschichteten Lamellen herum gewickelt, um die Feldpolwicklung 14 zu bilden. Der Rotor der Synchronmaschine
ist in Umfangsrichtung von einem Stator 3i* umgeben, der in
eine
Fig. 1 dargestellt 1st. Der Stator weist/Wicklung 36 auf, die
in nicht gezeigten axial verlaufenden Nuten in dem Stator befestigt sind, um den Rotor durch Wechselwirkung des Rotors mit
dem Magnetfeld anzutreiben, das bei Speisung des Stators mit einer geeigneten Wechselstromquelle erzeugt wird.
Während des Wickeins der Feldpolwicklung I1I wird der Verdampfer
18 etwa in der Mitte der Wicklung angeordnet und durch die Feldpolwicklungen in seiner Lage gehalten, die anschließend darüber
gewickelt werden. Um die Wicklung der Feldpole durch eine Maschine zu erleichtern, wird der Verdampfer während des Wickeine
der Feldpole an einer Stelle entlang der Leitungen 40 und 42
(die den Verdampfer und den Kondensor miteinander verbinden) von dem Kondensor gelöst, so daß nur gerade, axial verlaufende
Enden der Leitungen von der fertigen Feldpolwicklung vorragen. Nachdem der Feldpol vollständig gewickelt worden ist, wird der
Verdampfer mit dem Kondensor verbunden, beispielsweise durch irgendein geeignetes mechanisches Verbindungsverfahren wie
Löten, um eine geschlossene Kühlmitteleinheit zu bilden. Dann wird der Kondensor durch geeignete Verstrebungsmittel an der
309838/0*43
Rotorwelle befestigt. Dies kann beispielsweise durch die dargestellten
Halterungen 1I1I geschehen, die sich von dem Kondensor
in radialer Richtung zu einem Ring 46 erstrecken, der auf die Rotorwelle 2Ί geschrumpft ist.
Um die Kühlung des Motors zu maximieren, sind die Kondensoren
für Verdampfer, die auf entgegengesetzten Seiten eines einzelnen Peldpoles angeordnet s'ind, beispielsweise die Verdampfer 18a
und 18b gemäß Pig. 2, vorzugsweise an axial gegenüberliegenden Enden des Rotors innerhalb des St römunp;sp fades der Luft angeordnet,
die durch die Endbereiche des Motorgehäuses hindurchströmt. Selbstverständich können es Konstruktionsbeschränkungen
hinsichtlich der axialen Motorlänge und/oder wirtschaftliche Gründe wünschenswert machen, daß alle Kondensoren an dem einen
axialen Ende des Motors angeordnet sind. Die Verdampfer sollten sich vorzugsweise auch über praktisch die gesamte Länge der
Feldpolwicklung erstrecken, um Wärme von dieser abzuführen.
Der Motor 10 kann typischerweise durch Lüfter 48 gekühlt werden,
die Luft durch die Lagerschilde ziehen, um die Luft über den Kondensor zu drücken, bevor die erhitzte Luft aus demjenigen
Motorende herausgedrückt wird, durch das die Luft eintritt. Die aus den Endkammern herausgespülte Luft kann dann an der axial
außen liegenden Fläche des mit Rippen versehenen Statorrahmens entlang geleitet werden, um den Wärmeübergang von dem Statorrahmen
auf die benachbarte Luft zu verstärken. Auf Wunsch kann sich eine stationäre Wärmeleitung 62 üblichen Aufbaues in axialer
Richtung durch den Stator hindurch erstrecken und von dem einen ( oder beiden) axialen Enden des Stators in den Luftstrom vorragen,
um den Stator zusätzlich zu kühlen. Obwohl der Luftstrom in Fig. 1 in der Weise dargestellt ist, daß er an der
Außenseite des Motorrahmens entlang streicht, könnte zur Ventilation des Motors auch irgendein anderer Luftströmungsverlauf
verwendetfwerden, beispielsweise eine Luftströmung in axialer Richtung durch den Luftspalt oder andere axiale Durchlässe in
309838/0443
dem Motor hindurch, wobei der Luftstrom typischerweise durch
einen Lüfter an einem Motorende erzeugt wird.
Ein für eine Verwendung in der vorliegenden Erfindung besonders bevorzugter Verdampfer ist in Fig. 3 dargestellt. Er enthalt
im allgemeinen einen in radialer Richtung langgestreckten, in
schmalen
Umfangsrichtung rechtwinkligen Behälter 50, der sich über praktisch die gesamte axiale Länge des Polkörpers erstreckt, d.h. der Verdampfer endet weniger als etwa 5 cm (2 Zoll) ent-' fernt von jedem axialen Ende des Polkörpers, damit der Feldpolleiter um diesen herum gebogen werden kann. Im großen und ganeen kann der Verdampfer 18 aus irgendeinem thermisch leitenden Material gebildet werden. Vorzugsweise wird er aus rostfreiem Stahl oder Kupfer gebildet, das in die gewünschte rechtwinklige Konfiguration gepreßt ist. Um einen Kurzschluß des Feldpolleiters mit dem Verdampfer zu verhindern, sind die von dem Feldpolkörper entfernt gelegenen Verdampfer kanten 52 vorzugsweise abgerundet, obwohl auch rechtwinklige Kanten verwendet werden können, wenn der Druck des Leiters gegen die Kanten nicht ausreicht, um die Isolation auf dem Leiter zu durchschneiden. Es kann auch eine dünne, d.h. weniger als 0,25 mm (10 mils) dicke, Schicht aus elektrischer Isolierung 54 wie Mylar auf den Verdampfer aufgebracht sein wenn dies erwünscht ist, um einen Kurzschluß der Feldpolwicklung zu verhindern. Der Verdampfer hat eine radiale Höhe H von wenigstens 50 % und vorzugsweise mehr als 70 % der radialen Höhe der Feldpolwicklung, um den thermischen Kontakt zwischen dem Verdampfer und der Feldpolwicklung möglichst groß zu machen. Demgegenüber sollte die Weite W des Verdampfers schmal sein, um die Kupfermenge in der Feldpolwicklung möglichst groß zu machen. Vorzugsweise sollte das Verhältnis von Höhe zu Weite des Verdampfers wenigstens 5:1 betragen. Während das vorgenannte Verhältnis von Höhe zu Weite vorzugsweise in einem einzelnen Verdampfer besteht, könnte auch eine Gruppe von Verdampfern aufgeschichtet bzw.
Umfangsrichtung rechtwinkligen Behälter 50, der sich über praktisch die gesamte axiale Länge des Polkörpers erstreckt, d.h. der Verdampfer endet weniger als etwa 5 cm (2 Zoll) ent-' fernt von jedem axialen Ende des Polkörpers, damit der Feldpolleiter um diesen herum gebogen werden kann. Im großen und ganeen kann der Verdampfer 18 aus irgendeinem thermisch leitenden Material gebildet werden. Vorzugsweise wird er aus rostfreiem Stahl oder Kupfer gebildet, das in die gewünschte rechtwinklige Konfiguration gepreßt ist. Um einen Kurzschluß des Feldpolleiters mit dem Verdampfer zu verhindern, sind die von dem Feldpolkörper entfernt gelegenen Verdampfer kanten 52 vorzugsweise abgerundet, obwohl auch rechtwinklige Kanten verwendet werden können, wenn der Druck des Leiters gegen die Kanten nicht ausreicht, um die Isolation auf dem Leiter zu durchschneiden. Es kann auch eine dünne, d.h. weniger als 0,25 mm (10 mils) dicke, Schicht aus elektrischer Isolierung 54 wie Mylar auf den Verdampfer aufgebracht sein wenn dies erwünscht ist, um einen Kurzschluß der Feldpolwicklung zu verhindern. Der Verdampfer hat eine radiale Höhe H von wenigstens 50 % und vorzugsweise mehr als 70 % der radialen Höhe der Feldpolwicklung, um den thermischen Kontakt zwischen dem Verdampfer und der Feldpolwicklung möglichst groß zu machen. Demgegenüber sollte die Weite W des Verdampfers schmal sein, um die Kupfermenge in der Feldpolwicklung möglichst groß zu machen. Vorzugsweise sollte das Verhältnis von Höhe zu Weite des Verdampfers wenigstens 5:1 betragen. Während das vorgenannte Verhältnis von Höhe zu Weite vorzugsweise in einem einzelnen Verdampfer besteht, könnte auch eine Gruppe von Verdampfern aufgeschichtet bzw.
309838/0443
gestapelt sein, um die gewünschte große radiale Höhe und schmale
Weite zu erreichen, die für einen guten Wärmeübergang gewünscht wird.
Das im Verdampfer verwendete Kühlmittel sollte sich durch eine Sättigungstemperatur auszeichnen, die über der Temperatur der
durch die Endbereiche des Motors strömenden Luft liegt, um eine Umwandlung des verdampften Kühlmittels in einen flüssigen Zustand
bei der Strömung der Luft über den Kondensor 20 zu gestatten. Darüberhinaus sollte das Kühlmittel auch bei einer
Temperatur unterhalb der maximalen Betriebstemperatur der Feldpolwicklungen bei dem -Gesamtdruck verdampfen, der durch den anfänglichen
Kühlmittelfülldruck und die Zentrifugalkraft auf das flüssige Kühlmittel bei der normalen Betriebsdrehzahl der Maschine
erzeugt wird, um eine Verdampfung des Kühlmittels im Verdampfer 18 durch den Wärmeaustausch mit den benachbarten Windungen
bzw. Wicklungen zu gestatten. Im allgemeinen ist der zentrifugale Druck auf das flüssige Kühlmittel, der durch die
Drehzahl der Maschine erzeugt wird, eine Punktion der Kühlmitteldichte, der Rotordrehzahl und dem Abstand des Verdampfers von
der Achse des Rotors, während die Temperatur der Feldpolwicklung eine Funktion des Kupferverlustes bei einer gegebenen Last ist.
Wenn somit die Nennleistung eines Synchrongenerators um 50 % erhöht werden soll, müßte die Differenz zwischen dem Feldpolwicklungsverlust
bei der erhöhten Last und dem Feldpolwicklungsverlust bei Nennlast durch thermische Leitung des Verdampfers 18
abgeführt werden. Für einen Generator mit einer Drehzahl von 1 800 U/min, der einen Verdampfer mit einem mittleren Kühlmittelstand
von etwa 17,5 cm (7 Zoll) von der Rotorwelle aufweist, würde Freon 21 mit einer Sättigungstemperatur von 76,70C
(1700F) als ein Kühlmittel für den Generator in einer Betriebsumgebung
von etwa 55»6°C (1320F) geeignet sein. Da die Wärme
auf das flüssige Kühlmittel hauptsächlich durch Verdampfungs-
wärme übertragen wird, sollte das Kühlmittel einen größeren Teil;
309838/0443
und vorzugsweise wenigstens 70 %, der radialen Höhe des Verdampfers
bei der Nenndrehzahl der Maschine füllen.
Der Kondensor 20 ist vorzugsweise eine schraubenförmig gewickelte Spule, die in dem durch den Lüfter 48 erzeugten Luftstrom
angeordnet ist, um das verdampfte Kühlmittel in eine Flüssigkeit zu kondensieren. Typischerweise kann der Kondensor eine
schraubenförmige Kupferschlange sein, die entlang dem Außenumfang
der Spirale zahlreiche radiale Rippen 56 aufweist, um den Wärmeaustausch
zwischen dem Kühlmittel und der Luftströmung möglichst groß zu machen, die über die äußere Oberfläche der Spule strömt.
Die Kondensorspirale sollte sich auch entlang der gesamten Länge der Spule von der Welle weg in radialer Richtung erweitern, um
sicherzustellen, daß das kondensierte flüssige Kühlmittel radial nach außen durch die Spule strömt, um durch die Flüssigkeits-Einlaßöffnung
58 an dem radialen Außenende des Verdampfers 18 in diesen zurückzufließen.
Während des Betriebes des Motors wird das eine hohe Dichte aufweisende
flüssige Kühlmittel innerhalb des Verdampfers durch Zentrifugalkraft gegen die radiale Außenfläche des Verdampfers,
wie es in Fig. 3 gezeigt ist, gedrückt, und das Kühlmittel fließt durch die Leitung 42 hindurch in den Kondensor 20 bis zu
einer identischen Höhe. Wenn durch den Verdampfer Wärme von der Feldpolwicklung 14 absorbiert wird, wird ein Teil des Kühlmittels
verdampft und neigt dazu, durch die radial innenliegende öffnung 60 und die Leitung 40 hindurch zum Kondensor 20 zu
strömen. Die kalte Luftströmung über den Kondensor führt dann einen Teil des Kühlmittels in eine Flüssigkeit zurück, woraufhin
die Zentrifugalkraft das eine relativ höhere Dichte aufweisende flüssige Kühlmittel in einer Richtung radial nach außen
an der Spule entlang bewegt, um das kondensierte Kühlmittel in den flüssigen Kühlmittelbereich des Kondensors zurückzuleiten«
Da das Flüssigkeitsniveau im Kondensor 20 und im Verdampfer l8 notwendigerweise gleich sein muß, erhöht die Rückkehr des
309838/0443
231070A
- ίο -
flüssigen Kühlmittels zum Pegel des flüssigen Kühlmittels im al n
Kondensor das Flüssigkeitsniveau im Verdampfer 18. Somit schließt/
der gesamte thermische Zyklus des Kühlmittels, ohne daß eine externe Pumpkraft auf das Wärmeübertragungssystem ausgeübt wird.
Aus der vorstehenden Beschreibung des thermischen Zyklus wird deutlich, daß die Einlaß- und Auslaßöffnungen des Kühlmittels
nicht auf radial gegenüberliegenden Flächen des Verdampfers angeordnet zu sein brauchen, sondern von einer einzigen Seite
des Verdampfers vorstehen können, vorausgesetzt daß die Kühlmittel-Auslaßöffnung
aus dem Verdampfer während der Rotation des Rotors radial innen von der Oberfläche des flüssigen Kühlmittels
und die Kühlmittel-Einlaßöffnung radial außen von der Oberfläche des flüssigen Kühlmittels angeordnet ist, um während
der Rotation mit dem Behälter für das flüssige Kühlmittel im Kondensor in Verbindung zu stehen. Im allgemeinen machen die
Einlaß- und Auslaßöffnungen auf radial gegenüberliegenden Flächen des Verdampfers die Ausnutzung des Verdampfers maximal,
obwohl eine derartige Gestaltung den mechanischen Druck auf die Verbindungen zwischen dem Verdampfer und den Leitungen 40
sowie 42 etwas erhöht.
Während der Verdampfer 18 vorzugsweise in der Mitte der Feldnolwicklung
einer Synchronmaschine angeordnet ist, kann der Verdampfer auch entlang einer radial verlaufenden Kante der Feldpolwicklung
angeordnet sein, wie es in Fig. 4 dargestellt ist. Eine Anordnung der Verdampfer l8c und l8d neben gegenüberliegenden
radialen Kanten der Feldpolwicklung gestattet eine kontinuierliche Wicklung des Feldpoles, ohne daß der Wickelvorgang
unterbrochen werden muß, um den Verdampfer darin anzuordnen. Wenn jedoch ein Verdampfer nicht sowohl neben dem Feldpol als
auch dem äußeren Umfang der Feldpolwicklung angeordnet ist, wie es in Fig. 4 gezeigt ist, wird der Abstand, der für einen Wärmeübergang
zum Verdampfer erforderlich ist, wesentlich vergrößert. Der thermische Zyklus des Kühlmittels ist jedoch identisch mit
309838/0443
demjenigen der in Piß. 1 gezeigten Wärmeleltungsstruktur, wobei
das in den Verdampfern verdampfte Kühlmittel zu einer Kondensorspule geleitet wird, um in einen flüssigen Zustand zurückverwandelt
zu werden. Anschließend wird das kondensierte flüssige Kühlmittel durch die Zentrifugalkraft zum Verdampfer
zurückgeleitet, die auf das eine höhere Dichte aufweisende flüssige Kühlmittel innerhalb der Spule ausgeübt wird.
Der erfindungsgemäße Verdampfer ist zwar besonders geeignet für eine Anwendung in Verbindung mit Synchronmaschinen, der
Verdampfer kann aber auch in Rotoren verwendet werden, die mit vorgeformten Spulen bewickelt werden, indem der Verdampfer nebea
den vorgeformten Spulen angeordnet wird, wie es in Pig. 5 ge- * zeigt ist. Die radiale Höhe des Verdampfers I8e ist wiederum
wesentlich größer als die Breite des Verdampfers, um die Menge der Windungen möglichst groß zu machen, die in den Rotornuten
angeordnet werden kann. Die Wirkungsweise des Kühlmittelsystems ist ansonsten Jedoch identisch mit derjenigen der Synchronmaschinen,
die vorstehend beschrieben wurde.
309838/0443
Claims (6)
- Ansprüche( 1.)Dynamoelektrische Maschine mit einem Rotor, mit einem Stator >—/und wenigstens einer Spule, die aus einem elektrischen Leiter gebildet ist, der in einer Vielzahl im wesentlichen geschlossener Schleifen um den Rotor herum gewickelt ist, um mit diesem umzulaufen, dadurch gekennzeichnet, daß ein in radialer Richtung langgestreckter Verdampfer (18) in der Spule (l'O ;in.-/^ordnet mvi um dir» Rotorachse drehbar ist, wobei der Verdampfer (18) ein flüssiges Kühlmittel enthält, das bei einer Temperatur verdampfbar i3t, die unterhalb der maximalen Betriebstemperatur der Spule bei dem Gesamtdruck auf das Kühlmittel im flüssigen Zustand bei der normalen Betriebsdrehzahl der Maschine liegt, derart, daß Wärme durch Umwandlung des Kühlmittels von einem flüssigen in einen gasförmigen Zustand von der Spule abführbar ist, ein Kondensor (20) außerhalb der Spule (1*0 in einer Umgebung angeordnet ist, die zur Umwandlung des gasförmigen Kühlmittels in einen flüssigen Zustand genügend kalt ist, eine Leitung (*J0) den Verdampfer (18) mit dem Kondensor (20) verbindet, so daß gasförmiges Kühlmittel·, das durch Absorption von Wärme aus der Spule (1*0 erzeugt ist, von "einer radial innen liegenden öffnung (60) des Verdampfers (18) zum Kondensor (20) leitbar ist, und eine Leitung (42) vorgesehen ist, die kondensiertes flüssiges Kühlmittel von dem Kondensor (20) zu einer radial außen liegenden öffnung (58) des Verdampfers (18) durch die Zentrifugalkräfte zurückleitet, die auf das flüssige Kühlmittel wirken.
- 2. Dynamoelektrische Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Verdampfer (18) eine radiale Höhe von mehr als 50 % der radialen Höhe der Spule (1*4) aufweist, in der der Verdampfer angeordnet ist, und die. Weite des Verdampfers (18) in Richtung der Rotorrotation weniger: als 20 % der Verdampferhöhe beträgt.309838/0443
- 3* Dynamoelektrische Naschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Maschine eine Synchronmaschine ist, ein Verdampfer auf Jeder Seite der Feldpole(30) der Synchronmaschine angeordnet 1st und die Kondensoren, die zu dem Verdampfer aufgegenüberliegenden Seiten eines ■ gegebenen Feldpoles gehören, an axial entgegengesetzten Enden der Synchronmaschine angeordnet sind.
- 4. Dynamoelektrische Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzel chnet, daß der Kondensor eine Spirale 1st, die aus zahlreichen schraubenförmig gewickelten Windungen gebildet ist, wobei die Spirale entlang ihrer Länge eine sich von der Rotorachse entfernende radiale Kegelform besitzt, so daß kondensiertes Kühlmittel durch Zentrifugalkraft von dem Kondensor (20) zur Rückleitungsöffnung (58) für das flüssige Kühlmittel des Kondensors bewegbar ist.
- 5· Dynamoelektrische Maschine nach Anspruch 4, dadurch gekennzei chne t, daß der Kondensor (20) durch den Luftstrom über den Kondensor gekühlt ist, wobei die Luft an dem Ende der Maschine neben dem Kondensor (20) eintritt und aus dem gleichen Ende der Maschine nach Kühlung der Spirale ausstoßbar ist, ohne daß die Luft durch die Maschine hindurch geleitet 1st.
- 6. Verfahren zur Kühlung eines Rotors einer dynamoelektrischen Naschine nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein Verdampfer (18) auf dem Rotor an einer nicht-axialen Stelle In thermischem Kontakt mit einem wärmeerzeugenden Bereich des Rotors angeordnet wird, ein Teil, des Kühlmittels in einen gasförmigen Zustand verdampft wird, um durch eine radial Innen liegende Öffnung (60) hindurch zu einem Kondensor (20) zu strömen, der auf dem Rotor an einer von dem wärmeerzeugenden Bereich entfernt liegenden Stelle angebracht ist, das309838/0443gasförmige Kühlmittel in dem rotierenden Kondensor (20) in einen flüssigen Zustand umgewandelt wird und das flüssige Kühlmittel durch auf diesee einwirkende Zentrifugalkräfte von dem Kondensor (20) zu einer radial außen liegenden Kühlmittel-Einlaßöffnung (58) des Kondensors zurückgeleitet wird.309838/0443Leerseiteί&Μ-,
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US23238572A | 1972-03-07 | 1972-03-07 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE2310704A1 true DE2310704A1 (de) | 1973-09-20 |
Family
ID=22872883
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| DE19732310704 Pending DE2310704A1 (de) | 1972-03-07 | 1973-03-03 | Durch rotierende waermeleitung gekuehlte dynamoelektrische maschine |
Country Status (7)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US3715610A (de) |
| JP (1) | JPS5321081B2 (de) |
| CA (1) | CA964711A (de) |
| DE (1) | DE2310704A1 (de) |
| ES (1) | ES411517A1 (de) |
| FR (1) | FR2175041A1 (de) |
| IT (1) | IT981135B (de) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE3042528A1 (de) * | 1980-11-11 | 1982-06-16 | Interelectric AG, 6072 Sachseln | Elektrische maschine hoher belastbarkeit |
| DE102005002564A1 (de) * | 2005-01-19 | 2006-08-10 | Siemens Ag | Elektrische Antriebseinrichtung mit Heatpipekühlung |
| US7102267B2 (en) | 2002-09-24 | 2006-09-05 | Siemens Aktiengesellschaft | Electric machine with thermosiphon-type cooling system |
| DE102018208170A1 (de) * | 2018-02-23 | 2019-08-29 | Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft | Vorrichtung |
Families Citing this family (48)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3821937A (en) * | 1972-12-18 | 1974-07-02 | Singer Co | Cooling of low-inertia motor driven direct drive sewing machine |
| JPS50137507U (de) * | 1974-02-27 | 1975-11-12 | ||
| US3967385A (en) * | 1974-08-26 | 1976-07-06 | National-Standard Company, Wagner-Litho Machinery Division | Utilization of heat pipes for cooling radiation curing systems |
| US4009405A (en) * | 1975-08-07 | 1977-02-22 | General Electric Company | Vertically mountable dynamoelectric machine having an improved ventilating coolant flow control structures |
| JPS52105006U (de) * | 1976-02-06 | 1977-08-10 | ||
| JPS52118905U (de) * | 1976-03-05 | 1977-09-09 | ||
| JPS5375655U (de) * | 1976-11-29 | 1978-06-23 | ||
| JPS5398907U (de) * | 1977-01-14 | 1978-08-10 | ||
| JPS6026524Y2 (ja) * | 1977-01-14 | 1985-08-09 | 株式会社東芝 | 回転電機 |
| JPS5471304A (en) * | 1977-11-17 | 1979-06-07 | Fujitsu Fanuc Ltd | Revolving electric machine with heat pipe for cooling |
| DE2810222A1 (de) * | 1978-03-09 | 1979-09-13 | Bosch Gmbh Robert | Kuehlvorrichtung fuer elektrische maschinen |
| US4685867A (en) * | 1978-09-22 | 1987-08-11 | Borg-Warner Corporation | Submersible motor-pump |
| US4322646A (en) * | 1980-02-29 | 1982-03-30 | Electro-Craft Corporation | Flux focussed DC motor and method for assembly |
| US4438636A (en) * | 1982-06-21 | 1984-03-27 | Thermo Electron Corporation | Heat-actuated air conditioner/heat pump |
| JPS6114079U (ja) * | 1984-06-27 | 1986-01-27 | リーベルマン海外株式会社 | スキ−用ストツク |
| US5182482A (en) * | 1991-05-15 | 1993-01-26 | Siemens Energy & Automation, Inc. | Dynamoelectric machine having improved ventilation |
| US5140204A (en) * | 1991-07-05 | 1992-08-18 | Westinghouse Electric Corp. | Heat pipes for cooling pole windings of salient pole machines |
| JPH08126253A (ja) * | 1994-10-25 | 1996-05-17 | Akutoronikusu Kk | 電気自動車用電動モータ |
| US5898246A (en) * | 1998-03-13 | 1999-04-27 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Air Force | Control of reluctance dynamoelectric machine cooling fluid |
| EP1100186A3 (de) * | 1999-11-10 | 2003-02-05 | Korea Advanced Institute of Science and Technology | Aus Polymeren zusammengesetzter Käfigläuferrotor mit Füllmaterial hoher Permeabilität für Asynchronmotoren und Verfahren zu seiner Herstellung |
| JP2001322780A (ja) * | 2000-05-15 | 2001-11-20 | Mitsubishi Electric Corp | エレベータ用巻上機 |
| US6515383B1 (en) * | 2000-11-06 | 2003-02-04 | Satcon Technology Corporation | Passive, phase-change, stator winding end-turn cooled electric machine |
| DE10131114A1 (de) * | 2001-06-28 | 2003-01-23 | Siemens Linear Motor Systems G | Elektromotor mit Kühlung |
| US6787948B2 (en) * | 2001-06-29 | 2004-09-07 | Bae Systems Controls Inc. | Stator construction for high performance rotating machines |
| US6661133B2 (en) * | 2001-07-12 | 2003-12-09 | Eli Liebermann | Rotor cooling arrangement |
| DE10317967A1 (de) * | 2002-06-06 | 2004-10-28 | Siemens Ag | Elektrische Maschine mit Statorkühleinrichtung |
| FR2855673A1 (fr) * | 2003-05-26 | 2004-12-03 | Valeo Equip Electr Moteur | Machine electrique tournante, telle qu'un alternateur ou demarreur, notamment pour vehicule automobile |
| US7635932B2 (en) * | 2004-08-18 | 2009-12-22 | Bluwav Systems, Llc | Dynamoelectric machine having heat pipes embedded in stator core |
| US7687945B2 (en) * | 2004-09-25 | 2010-03-30 | Bluwav Systems LLC. | Method and system for cooling a motor or motor enclosure |
| US7443062B2 (en) * | 2004-09-30 | 2008-10-28 | Reliance Electric Technologies Llc | Motor rotor cooling with rotation heat pipes |
| US8134260B2 (en) * | 2006-06-19 | 2012-03-13 | Hpev, Inc. | Electric motor with heat pipes |
| US7569955B2 (en) * | 2006-06-19 | 2009-08-04 | Thermal Motor Innovations, Llc | Electric motor with heat pipes |
| US8283818B2 (en) * | 2006-06-19 | 2012-10-09 | Hpev, Inc. | Electric motor with heat pipes |
| US8026644B2 (en) * | 2007-04-10 | 2011-09-27 | Violett Robert S | Electric propulsion system useful in jet-type model airplanes and UAVS |
| DE102008016946A1 (de) * | 2008-04-01 | 2009-10-15 | Siemens Aktiengesellschaft | Magnetvorrichtung einer elektrischen Maschine mit Kühlmittelleitung |
| US8148858B2 (en) * | 2008-08-06 | 2012-04-03 | Hpev, Inc. | Totally enclosed heat pipe cooled motor |
| US8604652B2 (en) * | 2008-09-23 | 2013-12-10 | Aerovironment, Inc. | Motor air flow cooling |
| DE102008053090A1 (de) * | 2008-10-24 | 2010-04-29 | Siemens Aktiengesellschaft | Dynamoelektrische Maschine |
| FR2971376B1 (fr) * | 2011-02-08 | 2014-03-07 | Renault Sa | Dispositif de refroidissement des bobines des moteurs electriques d'un vehicule par caloduc |
| DE102011006681A1 (de) * | 2011-04-01 | 2012-10-04 | Aloys Wobben | Polschuh |
| DE102011006680A1 (de) * | 2011-04-01 | 2012-10-04 | Aloys Wobben | Blechpaketanordnung |
| CA2902329C (en) * | 2013-02-25 | 2019-06-25 | Hpev, Inc. | Radial vent composite heat pipe |
| DE102014202055A1 (de) * | 2014-02-05 | 2015-08-06 | Magna Powertrain Ag & Co. Kg | Elektrische Maschine |
| US10199907B2 (en) * | 2016-02-24 | 2019-02-05 | Ge Aviation Systems Llc | Method and assembly of a power generation system |
| DE102016218741B4 (de) * | 2016-09-28 | 2021-02-04 | Rolls-Royce Deutschland Ltd & Co Kg | Elektrische Maschine mit verbesserter Kühlung |
| DE102016222847B4 (de) | 2016-11-21 | 2018-12-06 | Audi Ag | Elektrische Maschine |
| DE102017212798A1 (de) * | 2017-07-26 | 2019-01-31 | Siemens Aktiengesellschaft | Elektromotor mit Kühleinrichtung |
| US11804754B2 (en) * | 2020-12-18 | 2023-10-31 | Hamilton Sundstrand Corporation | Two-phase thermal management system with active control for high density electric machine |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US1700840A (en) * | 1928-05-07 | 1929-02-05 | Frazer W Gay | Heat-transfer means for closed rotating electrical machinery |
| US2898484A (en) * | 1952-01-19 | 1959-08-04 | Krastchew Christoslaw | Refrigeration cooling of electrical machines |
| US2897382A (en) * | 1957-02-04 | 1959-07-28 | British Thomson Houston Co Ltd | Dynamo-electric machines |
| US3122668A (en) * | 1959-07-31 | 1964-02-25 | Bbc Brown Boveri & Cie | Arrangement for indicating leakage between cooling systems of turbogenerators |
-
1972
- 1972-03-07 US US00232385A patent/US3715610A/en not_active Expired - Lifetime
-
1973
- 1973-02-12 ES ES411517A patent/ES411517A1/es not_active Expired
- 1973-02-28 CA CA165,494A patent/CA964711A/en not_active Expired
- 1973-03-03 DE DE19732310704 patent/DE2310704A1/de active Pending
- 1973-03-06 FR FR7307842A patent/FR2175041A1/fr not_active Withdrawn
- 1973-03-06 IT IT21209/73A patent/IT981135B/it active
- 1973-03-07 JP JP2627673A patent/JPS5321081B2/ja not_active Expired
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE3042528A1 (de) * | 1980-11-11 | 1982-06-16 | Interelectric AG, 6072 Sachseln | Elektrische maschine hoher belastbarkeit |
| US7102267B2 (en) | 2002-09-24 | 2006-09-05 | Siemens Aktiengesellschaft | Electric machine with thermosiphon-type cooling system |
| DE102005002564A1 (de) * | 2005-01-19 | 2006-08-10 | Siemens Ag | Elektrische Antriebseinrichtung mit Heatpipekühlung |
| DE102018208170A1 (de) * | 2018-02-23 | 2019-08-29 | Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft | Vorrichtung |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US3715610A (en) | 1973-02-06 |
| JPS48101503A (de) | 1973-12-20 |
| ES411517A1 (es) | 1976-01-01 |
| FR2175041A1 (de) | 1973-10-19 |
| IT981135B (it) | 1974-10-10 |
| JPS5321081B2 (de) | 1978-06-30 |
| CA964711A (en) | 1975-03-18 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| DE2310704A1 (de) | Durch rotierende waermeleitung gekuehlte dynamoelektrische maschine | |
| EP1432102B1 (de) | Elektrische Maschine mit Heatpipes | |
| DE69214812T2 (de) | Elektrische maschinen | |
| EP0155405B1 (de) | Einrichtung zur indirekten Gaskühlung der Ständerwicklung und/oder zur direkten Gaskühlung des Ständerblechpaketes dynamoelektrischer Maschinen, vorzugsweise für gasgekühlte Turbogeneratoren | |
| DE69923799T2 (de) | Dynamoelektrische maschine | |
| DE2330172A1 (de) | Rotierende elektrische maschine mit durch waermeleitungen gekuehlten rotoren und statoren | |
| DE3047141A1 (de) | Fluessigkeitsgekuehlte dynamomaschine | |
| DE19956918C2 (de) | Elektrische Maschine | |
| DE102017201117A1 (de) | Verfahren zum Kühlen einer elektrischen Maschine sowie elektrische Maschine | |
| WO2004030183A1 (de) | Elektrische maschine mit einer kühleinrichtung | |
| DE19813160A1 (de) | Kühlvorrichtung für einen Elektromotor | |
| DE102014110299A1 (de) | Elektrische Maschine | |
| DE3703594A1 (de) | Gasgekuehlte elektrische maschine | |
| CH448243A (de) | Elektrische Maschine in Scheibenbauweise | |
| EP2933902A1 (de) | Entwärmung einer elektrischen Maschine | |
| WO2018087017A1 (de) | Stator für eine elektrische maschine, insbesondere eines kraftfahrzeugs, sowie elektrische maschine, insbesondere für ein kraftfahrzeug | |
| DE112021000293T5 (de) | Kühlanordnung für eine elektrische maschine | |
| DE2608291A1 (de) | Gasgekuehlter generator-rotor mit erhoehter ventilation | |
| DE2830852C3 (de) | Kühleinrichtung für den Rotor einer elektrischen Maschine | |
| EP3289671B1 (de) | Elektrische maschine | |
| DE102019124345A1 (de) | Kühlung eines elektrischen Leiters für eine elektrische Maschine | |
| EP3172128A1 (de) | Elektrischer gondelantrieb | |
| DE19919040A1 (de) | Elektromaschine, insbesondere Drehstrommaschine | |
| DE102012204197A1 (de) | Elektrische Maschine mit Phasentrenner | |
| DE102010003686A1 (de) | Elektrische Maschine mit Wickelkopf |