СТАТОР ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ МАШИНЫ Российский патент 1999 года по МПК H02K9/22 H02K9/00 H02K1/12 

Изобретение относится к электрическим машинам закрытого исполнения, в частности к их системам охлаждения, и может использоваться в электротехнической, энергетической, машиностроительной, приборостроительной промышленности и в сельском хозяйстве.

Известна электрическая машина закрытого исполнения, содержащая корпус, магнитопровод, обмотки статора с лобовыми частями, закладной теплопроводящий элемент, расположенный между корпусом и лобовыми частями, и охватывающую лобовые части оболочку, залитую теплопроводящим материалом, включающим связующее и наполнитель, причем закладной теплопроводящий элемент имеет форму полого кольца, заполненного гранулами из металла, например из алюминия, которое вместе с оболочкой выполнено за единое целое из электроизоляционной сетки, в частности из стеклосетки, залитой вместе с лобовыми частями обмотки отвержденной массой (см. а.с. СССР N 851652 "Электрическая машина", МКИ 3: H 02 K 3/50, H 02 K 9/22, заявл. 02.11.79, опубл. 30.07.81).

Недостатком известной электрической машины является недостаточно высокая эффективность охлаждения статорной обмотки с помощью закладного теплопроводящего элемента из стеклосетки в виде полого кольца, заполненного гранулами из алюминия, которое вместе с оболочкой из стеклосетки, охватывающей лобовые части статорной обмотки, залито отвержденным пропиточным компаундом с мелкодисперсным наполнителем, так как этот охладитель не обеспечивает полного выравнивания температуры обмотки статора в аксиальном направлении при различных режимах работы электрической машины. Кроме того, такой охладитель довольно сложно изготовить и невозможно повторно использовать после ремонта электрической машины.

Наиболее близким по технической сущности к заявленному статору электрической машины и выбранным в качестве прототипа является статор электрической машины закрытого исполнения, содержащей корпус, сердечник, в котором уложены всыпные обмотки с лобовыми частями, имеющими прямой участок, охладительные элементы с аксиальными прорезями, каждый из которых имеет цилиндрический участок, расположенный между корпусом и лобовыми частями, радиально установленный, закрывающий лобовые части обмотки с торцов диск с примыкающими к зубцам сердечника зубцами, расположенными между лобовыми частями катушек обмотки, причем зубцы охладительного элемента имеют длину, равную длине прямого участка лобовых частей, а аксиальные прорези расположены через три зубцовых деления охладительного элемента (см. а. с. СССР N 1046851 "Статор электрической машины", МКИ 3: H 02 K 9/22, заявл. 10.09.80, опубл.07.10.83).

Недостатком известного статора электрической машины закрытого исполнения являются недостаточно высокая надежность и эффективность охлаждения статорной обмотки с помощью двух охладительных элементов с аксиальными прорезями, каждый из которых имеет цилиндрический участок, расположенный между корпусом и лобовыми частями обмотки и радиально установленный диск с зубцами, примыкающими к зубцам сердечника и расположенными между лобовыми частями обмотки, так как эти охладительные элементы не обеспечивают полного выравнивания температуры обмотки статора в аксиальном направлении, особенно при режимах резкопеременной нагрузки электрической машины, в режимах частых пусков, в режимах с регулируемой частотой вращения, т.е. при нестационарных режимах нагрева статорной обмотки.

Наличие радиально установленного диска с зубцами усложняет процесс укладки статорной обмотки и не позволяет применять данный охладитель для двигателя с намотанной статорной обмоткой, что ограничивает область его применения. При ремонте электродвигателя с известным охладителем, в частности при выемке обмотки статора, практически невозможно сохранить неповрежденным охладитель, при этом повреждается радиально установленный диск с зубцами. Одноразовый характер использования известного охладителя приводит к снижению эффективности его применения в процессе эксплуатации.

Целями изобретения являются повышение эффективности охлаждения и надежности статорной обмотки за счет создания регулируемого охлаждения статорной обмотки.

Поставленные цели достигаются тем, что в статоре электрической машины закрытого исполнения, содержащем корпус, сердечник, в котором уложены всыпные обмотки с лобовыми частями, охладительные элементы с аксиальными прорезями, каждый из которых имеет цилиндр, расположенный между корпусом и лобовыми частями обмотки, и радиально установленный диск, закрывающий лобовые части обмотки с торцов. Согласно изобретению, радиально установленные диски двух охладительных элементов выполнены съемными, а каждый охладительный элемент снабжен четырьмя элементами Пельтье, расположенными попарно на внешней поверхности цилиндра во взаимно перпендикулярных плоскостях, причем каждый элемент Пельтье примыкает одной поверхностью к цилиндру охладительного элемента, а другой поверхностью к корпусу.

Выполнение радиально установленных дисков двух охладительных элементов съемными позволяет иметь свободный доступ к элементам Пельтье, расположенным на внешней поверхности цилиндров охладительных элементов, с целью их установки или замены в случае выхода их из строя, таким образом обеспечивать надежность работы и эффективность охлаждения статорной обмотки в процессе ее эксплуатации.

Оснащение каждого охладительного элемента четырьмя элементами Пельтье, подключаемыми к соответствующим выводам источника постоянного тока и расположенными попарно на внешней поверхности алюминиевого цилиндра, имеющего высокую теплопроводность, во взаимно перпендикулярных плоскостях и примыкающими одной своей " холодной" поверхностью к алюминиевому цилиндру, а другой " горячей" поверхностью к оребренному корпусу, позволяет создать вокруг лобовых частей обмотки зону пониженной температуры и тепловой напор за счет более высокой разности температур между лобовыми частями обмотки и поверхностью охладительного элемента. Это позволяет повысить эффективность охлаждения обмотки, выравнять температуру статорной обмотки в аксиальном направлении и поддерживать ее на заданном уровне во всех режимах работы электрической машины, что повышает надежность работы статорной обмотки.

Таким образом, предлагаемый статор электрической машины, отличаясь от прототипа новыми существенными признаками, обеспечивающими промышленную применимость предлагаемого статора, соответствует критериям изобретения, таким как "новизна" и " промышленная применимость" по сравнению с прототипом.

Для доказательства новизны и изобретательского уровня предлагаемого статора электрической машины закрытого исполнения заявителем был проведен поиск по патентной и научно-технической информации по фондам Челябинского Центра научно-технической информации, Челябинской областной универсальной научной библиотеки и Центра " Уралпатент".

В результате проведенного поиска по патентной и научно-технической информации заявителем не были выявлены технические решения, обладающие аналогичной с предлагаемым статором электрической машины закрытого исполнения совокупностью новых существенных признаков, следовательно, предлагаемый статор соответствует критерию изобретения "изобретательский уровень".

Техническая сущность предлагаемого статора электрической машины закрытого исполнения поясняется чертежами.

На фиг. 1 представлен продольный разрез предлагаемого статора; на фиг.2 - фронтальная проекция охладительного элемента; на фиг.3 - профильная проекция охладительного элемента.

Предлагаемый статор электрической машины закрытого исполнения содержит оребренный цилиндрический корпус 1 из алюминия, подшипниковые щиты 2 и 3 из алюминия, сердечник 4, выполненный в виде пакета листов электротехнической стали, всыпную обмотку 5 статора с лобовыми частями 6 и 7, два алюминиевых охладительных элемента (на чертеже не показаны), каждый из которых расположен вблизи соответствующей лобовой части 6 или 7 обмотки 5 (см. фиг. 1). Левый охладительный элемент (на чертеже не показан) содержит радиально установленный диск 8 с осевым отверстием 9 и цилиндр 10 с аксиальными прорезями 11, 12, 13, 14. На внешней поверхности цилиндра 10 в пазах установлены элементы Пельтье 15, 16, 17, 18, расположенные попарно во взаимно перпендикулярных плоскостях (см. фиг. 2 и 3). Правый охладительный элемент (на чертеже не показан) содержит радиально установленный диск 19 с осевым отверстием 20 и цилиндр 21 с аксиальными прорезями 22, 23, 24, 25. На внешней поверхности цилиндра 21 в пазах установлены элементы Пельтье 26, 27, 28, 29, расположенные попарно во взаимно перпендикулярных плоскостях. Каждый элемент Пельтье 15, 16, 17, 18, или 26, 27, 28, 29 примыкает одной поверхностью к соответствующему цилиндру 10 или 21, а другой поверхностью к корпусу 1. Аксиальные прорези 11, 12, 13, 14 или 22, 23, 24, 25, выполненные в соответствующих цилиндрах 10 или 21, служат для уменьшения потерь от вихревых токов. Для облегчения монтажа охладительных элементов в статоре электрической машины радиально установленные диски 8 и 19 крепятся к соответствующим цилиндрам 10 и 21 механическим способом.

Радиально установленные диски 8 и 19 служат для увеличения теплопередающей поверхности охладительных элементов в аксиальном направлении, а также для выравнивания температуры в объеме охладительных элементов статорной обмотки 5.

Работа статора электрической машины с активными охладительными элементами состоит в следующем:
Элементы Пельтье 15, 16, 17, 18, 26, 27, 28, 29 подключают к соответствующим выводам внешнего источника постоянного тока (на чертеже не показан).

Элементы Пельтье 15, 16, 17, 18, 26, 27, 28, 29 подключают к внешнему источнику постоянного тока (на чертеже не показан) такой полярностью, чтобы поверхность элементов Пельтье, обращенная к лобовым частям 6 и 7 обмотки 5 статора, охлаждалась. При регулировании величины тока, питающего каждый элемент Пельтье 15, 16, 17, 18, 26, 27, 28, 29, интенсивность охлаждения данной поверхности элементов Пельтье также изменяется. Алюминиевые цилиндры 10 и 21 и радиально установленные диски 8 и 19, имеющие малую тепловую инерцию, выравнивают температуру, образуя внутреннюю поверхность с пониженной температурой, обращенной к наружной поверхности лобовых частей 6 и 7 обмотки 5 статора. Таким образом, создается значительный, регулируемый тепловой перепад между внутренней поверхностью охладительных элементов и наружной поверхностью лобовых частей 6 и 7 обмотки 5 статора.

Таким образом, во внутреннем объеме электрической машины создается " тепловой насос", откачивающий тепло с заданной производительностью.

Другая " горячая" поверхность элементов Пельтье 15, 16, 17, 18, 26, 27, 28, 29 примыкает к поверхности оребренного корпуса 1 из алюминия, который является радиатором охлаждения элементов Пельтье. С поверхности оребренного корпуса 1 тепло снимается с помощью вентилятора наружного обдува электрической машины (на чертеже не показан).

Применение данного устройства активного охлаждения обмотки 5 статора асинхронного двигателя позволяет помимо общего управления температурой обмотки 5 двигателя сделать данную температуру практически одинаковой по всей поверхности обмотки в аксиальном направлении и поддерживать ее на заданном уровне во всех режимах работы двигателя. Это принципиально важно для разработчиков электропривода, проверяющих двигатель по средней температуре обмотки статора двигателя, так как исчезает разница между средней и максимальной температурой обмотки и погрешности в выборе мощности электродвигателя.

Применение данного устройства активного охлаждения обмотки 5 статора позволяет повысить эффективность охлаждения обмотки 5 по сравнению с устройствами пассивного охлаждения, повысить надежность работы статорной обмотки 5, продлить срок службы двигателя не менее чем в 2-3 раза.

Использование предлагаемого статора с устройством активного охлаждения статорной обмотки 5 позволяет автоматизировать управление процессом нагрева асинхронных двигателей закрытого исполнения массовых серий в промышленности и сельском хозяйстве.

Изобретение относится к области электротехники, электрическим машинам закрытого исполнения, в частности к их системам охлаждения, и может использоваться в электротехнической, энергетической, машиностроительной, приборостроительной промышленности и в сельском хозяйстве. Технический результат от использования данного изобретения состоит в повышении эффективности охлаждения и надежности статорной обмотки за счет создания регулируемого охлаждения статорной обмотки. Сущность изобретения заключается в том, что статор электрической машины содержит оребренный цилиндрический корпус, сердечник, всыпную обмотку 5 статора с лобовыми частями, охладительные элементы с аксиальными прорезями, каждый из которых имеет цилиндр, расположенный между корпусом и лобовыми частями обмотки, и радиально установленный диск, закрывающий лобовые части обмотки с торцов. Согласно изобретению, радиально установленные диски двух охладительных элементов выполнены съемными, а каждый охладительный элемент снабжен четырьмя элементами Пельтье, подключенными к внешнему источнику постоянного тока, расположенными попарно на внешней поверхности цилиндра во взаимно перпендикулярных плоскостях. При этом каждый элемент Пельтье примыкает одной поверхностью к цилиндру охладительного элемента, а другой радиально установленный диск служит для увеличения теплопередающей поверхности каждого охладительного элемента в аксиальном направлении, а также для выравнивания температуры в объеме охладительного элемента статорной обмотки. Применение данного устройства активного охлаждения обмотки статора позволяет повысить эффективность охлаждения статорной обмотки по сравнению с устройствами пассивного охлаждения, повысить надежность работы статорной обмотки, продлить срок службы двигателя не менее чем в 2-3 раза. Использование статора с устройством активного охлаждения статорной обмотки позволяет также автоматизировать управление процессом нагрева асинхронных двигателей закрытого исполнения массовых серий в промышленности и сельском хозяйстве. 3 ил.

Статор электрической машины закрытого исполнения, содержащий корпус, сердечник, в котором уложены всыпные обмотки с лобовыми частями, охладительные элементы с аксиальными прорезями, каждый из которых имеет цилиндр, расположенный между корпусом и лобовыми частями обмотки, и радиально установленный диск, закрывающий лобовые части обмотки с торцов, отличающийся тем, что радиально установленные диски двух охладительных элементов выполнены съемными, а каждый охладительный элемент снабжен четырьмя элементами Пельтье, подключаемыми к внешнему источнику постоянного тока, расположенными попарно на внешней поверхности цилиндра во взаимно перпендикулярных плоскостях, причем каждый элемент Пельтье примыкает одной поверхностью к цилиндру охладительного элемента, а другой поверхностью к корпусу.