ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ МАШИНА Российский патент 2001 года по МПК H02K9/04 H02K9/12 H02K5/20 

Изобретение относится к области охлаждения электрических машин.

В большинстве случаев охлаждение электрических машин производится потоком воздуха окружающей среды.

По способу охлаждения электрические машины могут быть подразделены на два типа: закрытые и защищенные.

Отвод тепла у закрытых машин [1] обычно производится обдувом оребреной наружной поверхности корпуса цилиндрической формы. Обдув корпуса осуществляется вентиляционным узлом, состоящим из крыльчатого колеса (вентилятора) и кожуха, формирующего поток воздуха. Оребрение корпуса увеличивает (развивает) его обдуваемую поверхность и, соответственно, повышает эффективность охлаждения машины. Тепло от греющихся активных частей в закрытых электрических машинах передается к корпусу большей частью через поверхность сопряжения пакета статора с корпусом машины. Кроме того, в закрытых электрических машинах создается внутренний цикл вентиляции, переносящий тепло от активных частей машины к внутренней поверхности корпуса за счет перемешивания воздуха в зоне лобовых частей машины.

Окружающий воздух и присутствующие в нем посторонние частицы во внутреннюю полость закрытых машины не попадают, что позволяет использовать их в условиях прямого воздействия атмосферных осадков и агрессивной или загрязненной среды.

Недостатком закрытой электрической машины следует считать относительно низкую эффективность ее охлаждения, обусловленную отсутствием непосредственного теплового контакта греющихся частей с воздухом окружающей среды, что ведет к повышенному расходу активных материалов (обмоточной меди и электротехнической стали).

Отвод тепла у защищенных машин [2] производится внешним воздухом непосредственно от греющихся активных частей машины.

В защищенной машине с двухсторонней симметричной радиальной системой вентиляции нагнетательными элементами служат лопатки, выполненные заодно с короткозамыкающими кольцами обмотки ротора, а формирование потоков охлаждающего воздуха создается подшипниковыми щитами с отверстиями для входа воздуха внешней среды и корпусом, также снабженным отверстиями для выхода охлаждающего воздуха, близким в поперечном сечении к квадрату, для организации с внешней поверхностью пакета статора угловых вентиляционных каналов. Требуемая стандартом защищенность машины от попадания в ее полость капель, падающих под углом 60 градусов к вертикали, обеспечивается тем, что входные и выходные отверстия снабжены жалюзи, выполненными в виде козырьков или набора вытянутых в горизонтальной плоскости пластин.

В электродвигателях такой конструкции воздух внешней среды всасывается через вентиляционные отверстия в подшипниковых щитах, омывает лобовые части обмотки и внешнюю поверхность пакета статора в зонах угловых вентиляционных каналов и выбрасывается через отверстия в корпусе.

Использоваться защищенные машины могут только в закрытых чистых помещениях, однако охлаждение у них более эффективно, чем у закрытых, что позволяет уменьшить расход активных материалов на их производство.

К недостаткам описанной защищенной машины следует отнести принципиальное конструктивное ее отличие от машины закрытого типа и, соответственно, отсутствие унификации корпусов закрытых и защищенных машин, что в свою очередь ведет к существенному умножению используемых в производстве технологических процессов, оборудования, оснастки и инструментов.

Наиболее близким по конструктивным признакам аналогом изобретения является электрическая машина с цилиндрическим оребреным корпусом, внешним вентилятором и защитным воздухонаправляющим кожухом [3].

В машине этой конструкции в обоих подшипниковых щитах выполнено два ряда отверстий: ближний к валу (внутренний) - для входа охлаждающего воздуха, дальний от вала (внешний) - для выхода охлаждающего воздуха. В промежутке между рядами отверстий к щиту крепится большим основанием воздухонаправляющая воронка; меньшее основание воронки расположено в зоне вентиляционных лопаток ротора. Этими лопатками охлаждающий воздух засасывается через внутренний ряд отверстий в подшипниковом щите, омывает подшипниковые узлы, лобовые части обмотки статора, а также лопатки и короткозамыкающие кольца ротора и выбрасывается через внешний ряд отверстий в подшипниковом щите.

Внешний вентилятор при этом засасывает воздух через жалюзи в кожухе и направляет его вдоль оребренного корпуса, отводя через корпус тепло главным образом от спинки статора.

Недостатком электрической машины такой конструкции является относительно низкая эффективность ее охлаждения ввиду неоптимальности пути потока воздуха внутри машины, а также смешивания холодного и горячего потоков воздуха в зоне внешней стороны подшипниковых щитов, что снижает возможность экономии активных материалов при производстве электрических машин, а также ухудшает характеристики их надежности и долговечности.

Изобретение решает задачу повышения эффективности охлаждения электрических машин и, соответственно, снижения расхода активных материалов на их производство, а также улучшения характеристик их надежности и долговечности.

Указанный технический результат достигается тем, что в электрической машине, содержащей оребренный корпус с установленным в нем пакетом статора с обмоткой, пакет ротора с обмоткой, расположенный на валу, закрепленном в подшипниках, установленных в расположенных по торцам корпуса подшипниковых щитах с отверстиями для входа охлаждающего воздуха и с прикрепленными к ним воздухонаправляющими воронками, внешний вентилятор, внутренние вентиляторы и кожух, в нижней части корпуса между его ребрами в зоне, свободной от пакета статора, выполнены отверстия, предназначенные для выхода из электрической машины охлаждающего воздуха.

В определенных условиях электрическая машина этой конструкции может выполняться и без внешнего узла вентиляции.

Изобретение иллюстрируется чертежом фиг. 1 и 2.

В приведенной на чертеже электрической машине, содержащей оребренный корпус 1, с установленным в нем пакетом статора 2 с обмоткой 3, пакет ротора 4 с обмоткой 5, расположенный на валу 6, закрепленном в подшипниках 7, установленных в расположенных по торцам корпуса подшипниковых щитах 8 с отверстиями 9 для входа охлаждающего воздуха, с прикрепленными к ним воздухонаправляющими воронками 10, внешний вентилятор 11 и кожух 12, а также внутренние вентиляторы 13, в нижней части корпуса между его ребрами в зоне, свободной от пакета статора, выполнены отверстия 14, служащие для выхода из электрической машины охлаждающего воздуха.

Охлаждающий воздух внешней среды засасывается внутренним вентилятором (лопатками ротора) 13 через отверстия 9 в подшипниковом щите 8, охлаждая при этом подшипники 7 и торец пакета ротора 4 с обмоткой 5, и путем, формируемым воздухонаправляющей воронкой 10, направляется к выходным отверстиям 14 в корпусе 1, охлаждая на этом пути обмотку статора 3 и торец его пакета 2. Внешний вентилятор 11 при этом направляет формируемый кожухом 12 поток охлаждающего воздуха вдоль поверхности оребренного корпуса, отводя тепло главным образом от внешней поверхности пакета статора. Требуемая нормой степень защиты в машине такой конструкции обеспечивается расположением отверстий для выхода охлаждающего воздуха в укрытии ребер корпуса.

Интенсивность охлаждения машины этой конструкции обусловлена оптимальностью пути потока охлаждающего воздуха внутри машины, а также удалением друг от друга отверстий для входа и выхода охлаждающего воздуха (холодного и горячего), что практически исключает эффект всасывания в полость электрической машины уже побывавшего в ней и подогретого воздуха.

В изобретенной электрической машине, как и в ближайшем аналоге, охлаждающий воздух внешней среды засасывается внутренним вентилятором (лопатками ротора) через отверстия в подшипниковом щите, охлаждая при этом подшипники и торец пакета ротора с обмоткой. Как и в наиболее близком аналоге (прототипе), внешний вентилятор направляет формируемый кожухом поток охлаждающего воздуха вдоль поверхности оребренного корпуса, отводя тепло главным образом от внешней поверхности пакета статора.

В отличие от наиболее близкого аналога в изобретенной электрической машине в нижней части ее оребренного корпуса в зоне, свободной от пакета статора, выполнены служащие для выхода охлаждающего воздуха отверстия, расположенные между ребрами, выполняющими, наряду с функцией охлаждения, роль защитных жалюзи.

В электрической машине этой конструкции внутренний воздушный поток более интенсивно охлаждает машину ввиду использования отверстий в ее щитах в отличие от аналога только для входа воздуха (выход - через щели в корпусе), что обуславливает удвоение суммарного сечения воздушного потока, а также ввиду лучшего доступа воздуха к лобовым частям обмотки статора и торцу его пакета, а также удаления друг от друга отверстий для входа и выхода охлаждающего воздуха (холодного и горячего), что практически исключает эффект всасывания в полость электрической машины уже побывавшего в ней и подогретого воздуха.

Эти обстоятельства позволяют существенно повысить эффективность охлаждения предлагаемой электрической машины и, соответственно, снизить расходы активных материалов на ее изготовление, увеличить ее надежность и долговечность.

ЛИТЕРАТУРА
1. Петров В. М., Кравчик А.Э. Асинхронные двигатели общего назначения, Москва, "Энергия"", 1980 г., стр. 429.

2. Петров В. М., Кравчик А.Э. Асинхронные двигатели общего назначения, Москва, "Энергия"", 1980 г., стр. 433.

3. Кравчик А.Э. и др. Исследование систем воздушного охлаждения асинхронных двигателей защищенного исполнения. ИНФОРМЭЛЕКТРО, Электротехническая промышленность, 1971 г., выпуск 11, стр. 21-23.

Изобретение относится к электротехнике и касается особенностей охлаждения электрических машин. Предложена электрическая машина с оребренным корпусом, с внешним вентилятором и кожухом, в которой подшипниковые щиты снабжены отверстиями для входа, а в нижней части корпуса между его ребрами в зоне, свободной от пакета статора, выполнены отверстия, служащие для выхода из электрической машины охлаждающего воздуха. Конструкция машины обеспечивает унификацию корпуса с электрическими машинами закрытого исполнения. Высокая интенсивность охлаждения предложенной машины обусловлена большим сечением отверстий входа и выхода охлаждающего воздуха, хорошим доступом его к лобовым частям обмотки статора и к торцу его пакета, а также удалением друг от друга отверстий для входа и выхода воздуха - холодного и горячего соответственно, что практически исключает эффект всасывания в полость электрической машины уже побывавшего в ней и подогретого воздуха. Технический результат от использования данного изобретения состоит в повышении эффективности охлаждения электрических машин, что, в свою очередь, ведет к снижению расхода активных материалов на их производство, а также к повышению их надежности и долговечности. 2 ил.

Электрическая машина, содержащая оребренный корпус с установленным в нем пакетом статора с обмоткой, пакет ротора с обмоткой, расположенный на валу, закрепленном в подшипниках, установленных в расположенных по торцам оребренного корпуса подшипниковых щитах с отверстиями для входа охлаждающего воздуха и с прикрепленными к ним воздухонаправляющими воронками, внутренние вентиляторы и отверстия для выхода охлаждающего воздуха из электрической машины, отличающаяся тем, что отверстия для выхода охлаждающего воздуха из электрической машины выполнены в нижней части оребренного корпуса между его ребрами в зоне, свободной от пакета статора.