ТЕПЛООБМЕННЫЙ АППАРАТ ДЛЯ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ С ВНЕШНИМ РОТОРОМ Российский патент 2024 года по МПК F28D21/00 H02K9/08 H02K5/18 H02K1/20 

Изобретение относится к области теплотехники, а именно к электродвигателям с внешним ротором, и предназначено для использования в системах, где требуется отводить значительное количество выделяющегося тепла, обусловленного повышенными электромагнитными нагрузками. Наиболее предпочтительно применение данного теплообменного аппарата в высокотемпературных статорах электромашин на борту мобильных платформ или транспортных средств, таких как автобусы, мотоциклы, поезда, автомобили, морские или воздушные судна.

Обеспечение эффективного охлаждения теплонагруженных узлов электродвигателей позволяет повысить их ресурс и обеспечить надежность эксплуатации.

Известна система охлаждения, включающая рабочую жидкость, расположенную в тракте потока охлаждающей жидкости, где тракт потока охлаждающей жидкости включает систему жидкостного охлаждения, предназначенную для направления потока рабочей жидкости через каналы охлаждения блока двигателя, и систему испарительного охлаждения, предназначенную для направления потока рабочей жидкости через блок привода, и сепаратор, расположенный перед системой жидкостного охлаждения и системой испарительного охлаждения и предназначенный для направления жидкости в систему жидкостного охлаждения и для направления пара в систему испарительного охлаждения [патент US 20230138133 A, B64D 27/24, B64D 33/08, H02K 9/127, опубл. 2023.05.04].

Недостатком данного изобретения является то, что теплообменник может быть подвержен коррозии или загрязнению в результате контакта с охлаждающей жидкостью, которая может содержать различные примеси или загрязнители. Это может привести к ухудшению теплопередачи, снижению производительности и повышению износа теплообменника. Для предотвращения этого необходимо обеспечить регулярную очистку и замену охлаждающей жидкости, а также использовать специальные материалы и покрытия для теплообменника, что может увеличить стоимость и сложность конструкции.

Известна модульная конструкция теплообменного аппарат, включающая коробчатый корпус с вмещающую полостью, воздухозаборник и воздуховыпускное отверстие, которые сообщаются с вмещающей полостью, теплообменник, циркуляционный вентилятор расположен во вмещающей полости вдоль осевого направления двигателя. При этом под действием циркуляционного вентилятора охлаждающий воздух поступает в вентиляционные полости на двух осевых концах двигателя через выходное отверстие, а после охлаждения нагревательных элементов внутри двигателя охлаждающий воздух поступает в корпус коробки через входное отверстие для осуществления теплообмена с теплообменником [патент CN 111864992 A, H02K 9/06, H02K 1/20, опубл. 2020.10.30].

Недостатками патента является возможный выход из строя двигателя, приводящего в движение вентилятор.

Известная рубашка охлаждения статора электромашины, выполненная в виде спирального трубчатого элемента с патрубками входа и выхода охлаждающей жидкости и предназначенная для установки между статором и корпусом электромашины. При этом спиральный трубчатый элемент выполнен в виде двух спиральных ветвей, одна из которых включает входной патрубок с одного торца и витки, выполненные так, что между ними размещены витки второй ветви с выходным патрубком с того же, что и входной патрубок, торца, при этом обе ветви гидравлически соединены между собой с противоположного патрубкам торца [патент RU 169095 U1, H02K 9/16, опубл. 2017.03.03].

Известна конструкция рубашки охлаждения, в состав встроенного в колесо мотора по патенту [патент RU 2762604 C2, H02K 1/20, опубл. 2021.12.21], которая состоит из трубопровод для подачи хладагента, полый корпус статора, имеющий цилиндрическую внешнюю поверхность и соединенный с соединительным элементом, при этом множество охлаждающих каналов, выполненных для циркуляции жидкого хладагента, протягиваются вдоль полого корпуса статора и находятся в соединении по текучей среде с упомянутым трубопроводом для подачи хладагента, причем упомянутое множество охлаждающих каналов имеют впускное отверстие для подачи жидкого хладагента во множество каналов и выпускное отверстие для выпуска жидкого хладагента из множества каналов.

Недостатками патента является значительное увеличение массы хладагента и снижение эффективности с увеличением мощности электродвигателя.

Задача изобретения – разработка теплообменного аппарата, обеспечивающего возможность работы при повышенном выделении теплоты.

Технический результат – увеличение эффективности охлаждения статора электрической машины с внешним ротором.

Поставленная задача решается, а технический результат достигается тем, что теплообменный аппарат для электродвигателя с внешним ротором состоит из внешней и внутренней цилиндрических поверхностей, между которыми радиально расположены стенки, выполненные в форме эвольвенты и спирально закрученные вокруг оси симметрии, с образованием каналов для прохода воздуха, при этом стенки пронизаны концентрично расположенными штырьками-турбулизаторами.

Сущность заявленного изобретения поясняется графическими материалами. На фиг. 1 показан изометрический вид устройства в разрезе. На фиг. 2 изображена форма стенки.

Теплообменный аппарат для электродвигателя с внешним ротором состоит из внешней 1 и внутренней 2 цилиндрических поверхностей, между которыми радиально расположены стенки 3, выполненные в форме эвольвенты и спирально закрученные вокруг оси симметрии, с образованием каналом для прохода воздуха. При этом стенки пронизаны концентрично расположенными штырьками-турбулизаторами 4. Статорная часть электродвигателя (на чертеже не указана) находится на внешней цилиндрической поверхности 1.

Теплообменный аппарат для электродвигателя с внешним ротором работает следующим образом.

Устройство устанавливается между статором и валом электрической машины (на чертеже не указано) и позволяет охлаждать статорную часть. Охлаждающая среда поступает в устройство и проходит через спирально закрученные стенки 3, выполненные в форме эвольвенты, и турбулизируется, что приводит к повышению коэффициента теплообмена, а, следовательно и эффективности охлаждения. Внешняя цилиндрическая поверхность 1 поглощает тепло со статора и передает его на стенки 3, которые передают его хладагенту. Внутренняя цилиндрическая поверхность 2 выполняет роль ограничителя площади и высоты канала. Стенки 3 снабжены концентрично расположенными штырьками-турбулизаторами 4, которые интенсифицируют поток и увеличивают площадь теплообмена между стенками 3 и хладагентом, тем самым так же повышается эффективность теплообмена.

Таким образом, применение теплообменного аппарата для электродвигателя с внешним ротором позволяет снизить пиковую температуру на ~60 К, при среднем падении температуры на 65 К по всей поверхности контакта внешней цилиндрической поверхности со статором электрического двигателя за счет того, что стенки, выполненные в форме эвольвенты, спирально закручены вокруг оси симметрии, а внутри концентрично расположены штырьки-турбулизаторы, тем самым увеличены площадь контакта, турбулентность потока и коэффициент теплообмена.

Изобретение относится к электротехнике, а именно к электродвигателям с внешним ротором. Технический результат заключается в увеличении эффективности охлаждения статора электрической машины с внешним ротором. Теплообменный аппарат для электродвигателя с внешним ротором состоит из внешней и внутренней цилиндрических поверхностей, между которыми радиально расположены стенки, выполненные в форме эвольвенты и спирально закрученные вокруг оси симметрии, с образованием каналов для прохода воздуха. При этом стенки пронизаны концентрично расположенными штырьками-турбулизаторами. 2 ил.

Теплообменный аппарат для электродвигателя с внешним ротором, состоящий из внешней и внутренней цилиндрических поверхностей, между которыми радиально расположены стенки, выполненные в форме эвольвенты и спирально закрученные вокруг оси симметрии, с образованием каналов для прохода воздуха, при этом стенки пронизаны концентрично расположенными штырьками-турбулизаторами.