(12) Oversettelse av europeisk patentskrift (11) NO/EP 2096736 B1 (19) NO NORGE (1) Int Cl. H02K 1/32 (2006.01) H02K 3/24 (2006.01) H02K 9/00 (2006.01) Patentstyret (21) Oversettelse publisert 2011.09.0 (80) Dato for Den Europeiske Patentmyndighets publisering av det meddelte patentet: 2011.03.30 (86) Europeisk søknadsnr: 082068.7 (86) Europeisk innleveringsdag 2008.02.27 (87) Den europeiske søknadens Publiseringsdato 2009.09.02 (84) Utpekte stater AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HR HU IE IS IT LI LT LU LV MC MT NL NO PL PT RO SE SI SK TR (73) Innehaver Alstom Technology Ltd, Brown Boveri Strasse 7400 Baden, Sveits (72) Oppfinner Zickermann, Richard, Oberdorfstrasse 16213, Villnachern, Sveits (74) Fullmektig Oslo Patentkontor AS, Postboks 7007 Majorstua, 0306 OSLO, Norge (4) Benevnelse Viftekjøling av elektrisk motor (6) Anførte publikasjoner WO-A-98/42064 B1, DE-A1-3 90 997 B1, US-A- 4 347 41 B1, GB-A- 372 899 B1, GB-A- 690 38 B1, DE-C1-19 741 200 B1
1 VIFTEKJØLING AV ELEKTRISK MOTOR Område for oppfinnelsen Oppfinnelsen vedrører anordninger for kjøling av elektriske motorer så som hydrogeneratorer og, mer spesifikt, energieffektiv kjøling av slike motorer. Teknikkens stilling Elektriske motorer omfatter rotorer med høye omdreiningshastigheter, omsluttet av statorer typisk avkjølt med vifter koblet til eller drevet av rotorakslingen. En del av rotasjonsenergien blir oppbrukt på å akselerere luften som går over rotoren. En viss luftmengde må føres over rotoren for å holde den avkjølt, imidlertid vil eventuelt det overskytende føre til unødvendig motorforbruk, som reduserer den samlede energieffektiviteten for motoren. 1 20 I et anordning for elektrisk motor er vifter plassert i hver ende av rotoren, og blåser avkjølende luft aksialt over motoren fra begge ender. Konvergensen av den avkjølende luften tvinger den deretter radielt gjennom avkjølingsslisser i statoren. I en annen anordning brukes en enkelt vifte, hvor avkjølende luft enten blåses eller suges over rotoren, hvorfra en komponent av avkjølingsluften strømmer radielt fra rotoren og gjennom til statoren. I begge disse anordningene går overskuddsluft først over rotoren, som fører til lavere energieffektivitet for motoren. DE 39 0 997 A1 viser en annen anordning, hvor en statormontert skillevegg gjør det mulig med separat avkjøling av statoren og rotoren med uavhengige vifter. Oppsummering av oppfinnelsen Oppfinnelsen er ment å tilveiebringe et middel for å forbedre virkningsgraden for en viftekjølt elektrisk motor. 2 Dette problemet løses ved hjelp av gjenstanden i de uavhengige kravene. Gunstige utførelser er gitt i de avhengige kravene. Oppfinnelsen er basert på den generelle ideen om å skille avkjølende luftstrøm innenfor den elektriske motoren, med formål om å begrense luftmengden som er nødvendig å føre over rotoren.
2 Et annet formål med oppfinnelsen er å tilveibringe et middel for uavhengig konfigurering av kjølelufthastigheter til rotoren og statoren. Følgelig, i et aspekt ved oppfinnelsen er det tilveiebrakt en luftkjølingsanordning for en elektrisk motor, hvor den elektriske motoren har en rotor, en stator montert koaksialt på rotoren og minst en vifte for å tilveiebringe kjøleluft for rotoren og statoren. Et skille er montert mellom rotoren og statoren og strekker seg langs den aksielle lengden av rotoren for så å segregere den avkjølende luftstrømmen. På denne måten forhindres den aksielle strømmen av kjøleluft fra rotoren til statoren. Dette har de fordelene at kun minimumsluften som er påkrevet for å avkjøle rotoren blir akselerert av rotoren, og således forbedres motoreffektiviteten. Fortrinnsvis er skillet montert på rotoren for å være i ko-rotasjonsmessig kommunikasjon med rotoren. 1 20 Segregering av avkjølingsveiene tilveiebringer videre den fordelen at avkjølende luftstrømningshastigheter kan konfigureres individuelt for å optimalisere energiforbruket for kjøleviften. Følgelig, i et aspekt ved oppfinnelsen, monteres viften i en ende av rotoren og har en innvendig vifte for å avkjøle rotoren og en utvendig vifte for å avkjøle statoren. Ifølge et annet foretrukket aspekt monteres en andre vifte mot den andre enden av rotoren, og er også en to-delt vifte med en innvendig vifte for avkjøling av rotoren og en utvendig vifte for avkjøling av statoren. Ifølge et ytterligere aspekt ved oppfinnelsen er veien for kjøleluftstrømmen blokkert mot den andre enden av rotoren, fortrinnsvis ved den utvendige delen av den andre viften. Ifølge enda et aspekt ved oppfinnelsen segregerer skillet de innvendige viftene eller deler av disse fra de utvendige viftene eller deler av disse. På denne måten reduseres kjøleluftlekkasje mellom de to avkjølingssonene. Kort beskrivelse av tegningen 2 Ved hjelp av eksempel er en utførelse av oppfinnelsen mer fullstendig beskrevet med henvisning til de vedføyde tegningene, hvor: Figur 1 er en tverrsnittsbetraktning av en kjøleanordning for en elektrisk motor ved tidligere teknikk. 30 Figur 2 er en tverrsnittsbetraktning av en foretrukket utførelse av oppfinnelsen som viser en skille og en to-delt vifte.
3 Figur 3 er en tverrsnittsbetraktning av en annen foretrukket utførelse av oppfinnelsen med skillede vifter ved hver ende av rotoren som rettet kjøleluft innover mot statoren. Detaljert beskrivelse av oppfinnelsen Foretrukne utførelser av den foreliggende oppfinnelsen blir nå beskrevet med henvisning til tegningene, hvor like henvisningstall brukes til å vise til like elementer gjennom det hele. I den følgende beskrivelsen, for formål av å forklare, blir en rekke spesifikke detaljer fremsatt for å tilveiebringe en grundig forståelse av oppfinnelsen. Det kan imidlertid være innlysende at oppfinnelsen kan praktiseres uten disse spesifikke detaljene. I andre tilfelle er velkjente strukturer og anordninger vist i blokkdiagramform for å gjøre det lettere med beskrivelse av oppfinnelsen. 1 Figur 1 viser et kjøleanordning ved tidligere teknikk med vifter,40 montert på hver side av en rotor hvor viftene tvinger kjøleluft inn i maskinen. Den kjølende luftstrømmen blir ikke segregert og tilveiebringer således kjøling for både rotoren 20 og statoren 30. Som ses i figur 2 er det vist et anordning av oppfinnelsen egnet for en hydrogenerator, som viser luftkjøling av rotoren hvor kjøleluft segregeres med en skille 60 slik at rotoren 20 og statoren 30 blir avkjølt separat. Figur 3 viser en annen luftkjølingsutførelse med en skille som har vifter montert på hver ende av rotoren 20. 20 2 30 I en foretrukket utførelse er en vifte montert ved en ende av rotoren 20. Selv om viften kan være i én del vifte, er viften fortrinnsvis en to-delt vifte med en innvendig radiell seksjon og en utvendig radiell seksjon som leder kjøleluft til henholdsvis rotoren 20 og statoren 30. Den to-delte beskaffenheten av viften gjør det mulig med forbedret strømningssegregering så vel som strømningshastighetsoptimalisering til de forskjellige luftstrømningsveiene. En skille monteres koaksielt mellom de aksielle planene til rotoren 20 og statoren 30, og fortrinnsvis montert på rotoren 20 slik at den roterer med rotoren 20. Formålet med skillen er å segregere kjøleluften fra viften slik at en del av kjøleluften produsert fra den innvendige delen 11 av viften utelukkende kjøler rotoren 20 og en annen del av kjøleluften generert fra en utvendig del 12 av viften utelukkende kjøler statoren 30. Dette oppnås ved skillen 60 som danner en barriere som forhindrer kjølende luftstrømning fra å strømme radielt fra rotoren 20 til statoren 30. For ytterligere å forsterke tettingen av de to kjølende veiene, skiller skillen 60 den innvendige og utvendige viftedelen. På denne
4 måten vil kun luften som er nødvendig for å kjøle rotoren 20 måtte ledes direkte mot rotoren 20, og begrenser energitapet. Den utvendige delen av viften 12 leder kjøleluft aksielt mellom gapet dannet mellom skillen 60 og statoren 30. Den første aksielle strømningsretningen endres til radiell strømning ved blokkeringen av luftstrømmen, enten ved luft ledet i en motstilt retning fra en vifte montert på den motsatte enden av rotoren, som ses av figur 3, eller ved en fysisk barriere. Den fysiske barrieren 61 er en kledning eller plate montert på en borteste ende av gapet. Fortrinnsvis er gapet montert på en stasjonær del av den elektriske motoren, selv om den alternativt kan monteres på skillen 60. 1 20 I en annen foretrukket utførelse, som vist i figur 3, er en sekundær vifte 40 montert på den motstilte enden av rotoren 20 i forhold til den av den første viften. Som den første viften, er denne viften 40 fortrinnsvis en to-delt vifte med innvendige 41 og utvendige 42 deler. Fortrinnsvis segregerer skillen 60 delene 41,42 ved å strekke seg i mellom dem, og på denne måten forsterke tettende segregering. En ytterligere fordel med denne segregeringen er at viftedelene 41,42 av sekundærviften 40 kan ha motstilte stigningsvinkler. På denne måten kan kjøleluft trekkes ut fra rotoren av den innvendige delen 41, mens luft kan tvinges inn den motsatte retningen inn i skillen/statorgapet for hjelpe til for den radielle strømmen av kjøleluft gjennom statorens kjøleslisser 31 ved den utvendige delen 42. Mens den utvendige delen 42 kanskje blir montert direkte på skillen 60 uten å bli støttet er det foretrukket å installere en innvendig støttedel 41, hvor den innvendige delen omfatter hver av støttene eller alternativt støtter vifteblader. Vifteblader er foretrukket siden de gir mindre luftmotstand i miljøet med bevegende gass. 2 30 Selv om oppfinnelsen her har blitt vist og beskrevet i det som tenkes å være den mest praktiske og foretrukne utførelsen, erkjennes det at avvik kan foretas innenfor omfanget av oppfinnelsen, som ikke skal være begrenset til de detaljene som er gitt her, men som skal bringes i overensstemmelse med det fulle omganget av de vedføyde kravene for således å omfavne eventuelle og alle ekvivalente anordninger og apparatur.
Henvisningstall Tall som brukes i diagrammene 1. Vifte 11. Innvendig vifte 12. Utvendig vifte 20. Rotor 30. Stator 31. Kjøleslisse for stator 40. Andre vifte 41. Innvendig del som danner en andre vifte eller støtte for den utvendige seksjonen 42. Utvendig del som danner en utvendig vifte eller barriere 0. Kjøleluft 1. Kjøleluft gjennom rotoren 2. Kjøleluft gjennom statoren 60. Skille 61. Barriere for kjøleluftens strømningsvei i stator
6 P a t e n t k r a v 1 1. En luftkjølingsanordning for en elektrisk motor, hvor den elektriske motoren omfatter: en rotor (20); en stator (30 montert koaksielt til rotoren (20); minst en vifte (,40) for å tilveiebringe kjøleluft til rotoren (20) og statoren (30); viften omfatter videre en innvendig første vifte (11,41) for kjøling av rotoren (20) og en utvendig første vifte (12,42) for kjøling av statoren (30); og en skille (60) montert mellom rotoren (20) og statoren (30) i ko-rotasjonsmessig kommunikasjon med rotoren (20), som strekker seg langs en del av den aksielle lengden til rotoren for å segregere kjøleluftstrømmen for således å forhindre den aksielle strømmen av kjøleluft fra rotoren (20) til statoren (30), hvori skillen (60) segregerer den innvendige viften (11,41) fra den utvendige viften (12,42). 20 2. Anordning ifølge krav 1, hvori en andre vifte (40) er montert mot en andre ende av rotoren (20), den andre viften (40) omfatter en innvendig andre vifte (41) for kjøling av rotoren (20) og en utvendig andre vifte (42) for kjøling av statoren (30), hvori den andre innvendige viften (41) og den andre utvendige viften (42) er segregert ved skillen (60). 2 3. Anordning ifølge krav 1, hvori en andre vifte (40) er montert ved en andre ende av rotoren (20), den andre viften (40) omfatter en utvendig andre vifte (42) for kjøling av statoren (30) og en innvendig andre del (41) for å støtte den andre utvendige viften (42). 4. Anordning ifølge krav 1, hvori kjøleluftens strømningsvei for statoren (30) er blokkert mot den andre enden av rotoren (20). 30. Anordning ifølge krav 4, hvori en andre vifte (40) er montert ved en andre ende av rotoren (20), den andre viften (40) har en utvendig del (42) for blokkering av kjøleluftens strømningsvei til statoren (30).