СТАТОР ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ МАШИНЫ Российский патент 2004 года по МПК H02K1/20 H02K9/02 

Изобретение относится к области электромашиностроения и касается систем охлаждения статоров посредством жидкого хладагента, например воды или масла.

Известна электрическая машина (заявка WO 97/44882), в которой охлаждение статора осуществляют посредством охлаждающих трубок, расположенных в каналах корпуса машины. Такое охлаждение недостаточно из-за повышенного теплового сопротивления между охлаждаемым трубками корпусом и пакетом статора, в пазах которого размещена обмотка статора, являющаяся основным источником тепла.

Наиболее близким, выбранным нами в качестве прототипа, является статор электрической машины (заявка DE 4107399), в котором система охлаждения выполнена из трубок, соединенных между собой изогнутыми элементами так, что они образуют зигзагообразный змеевик, причем трубки размещены в специальных продольных круглого сечения пазах пакета статора по его наружному диаметру. Конструкция прототипа имеет следующие недостатки:
- по мере прохождения охлаждающей жидкости по каналам она подогревается и в результате этого подогрева по окружности статора создается неоднородное тепловое поле, что приводит к несимметричному распределению нагрузок между параллельными ветвями обмотки статора, уложенной в пазы по внутреннему диаметру статора;
- круглая форма сечения паза допускает установку трубок только методом протягивания, что не способствует образованию надежного однородного теплового контакта по всей длине трубки;
- монтаж всех соединений между трубками приходится осуществлять после установки трубок, что при больших габаритах статора вызывает дополнительные трудности по созданию надежной герметизации соединений.

Технический результат изобретения состоит в повышении технологичности изготовления статора электрической машины, эффективности работы и надежности его системы охлаждения.

Для достижения указанного результата решена задача по изменению конструкции статора и созданию новой системы охлаждения.

Для решения этой задачи и достижения указанного результата в статоре электрической машины, сердечник которого набран из изолированных листов электротехнической стали, при этом на внутреннем диаметре сердечника расположены пазы с обмоткой якоря, а на внешнем диаметре расположены ориентированные вдоль продольной оси статора пазы, в которых размещена обмотка охлаждения в виде зигзагообразного змеевика, согласно изобретению пазы на внешнем диаметре сердечника выполнены открытыми, имеют прямоугольную форму, обмотка охлаждения выполнена из трубок прямоугольного сечения и состоит как минимум из двух параллельно соединенных по охлаждающему агенту ветвей, прямолинейные элементы которых расположены в пазах в два слоя.

Для равномерного охлаждения по всей окружности статора в заявляемой конструкции статора электрической машины охлаждающие трубки в обоих слоях намотаны в одном направлении и в каждом слое соединены последовательно, причем в одном пазу в одном слое трубка соединена с напорным внешним трубопроводом, а трубка другого слоя в этом же пазу соединена со сливным внешним трубопроводом и наоборот. При этом потоки охлаждающего агента в слоях по окружности статора направлены навстречу друг другу. Такое соединение исключает влияние подогрева охлаждающей жидкости по мере ее прохождения по каналам системы на равномерность нагрева всего статора.

При этом трубки в слоях могут быть намотаны встречно, причем соединения между прямолинейными элементами трубок в разных слоях для одних и тех же пазов располагаются по разные стороны сердечника статора.

Для увеличения расхода охлаждающей жидкости и, соответственно, уменьшения ее нагрева в статоре электрической машины, выполненного по п.1 или 2 формулы изобретения, обмотку каждого слоя выполняют из нескольких параллельных и изолированных по охлаждающему агенту ветвей, элементы которых равномерно распределены по окружности статора.

При этом для упрощения систем подключения охлаждающего агента в заявляемой конструкции статора электрической машины соединены как минимум две параллельных по охлаждающему агенту ветви каждого слоя.

Для повышения надежности соединений между прямолинейными элементами, расположенными в пазах, в любом из вышеуказанных вариантов исполнения конструкции статора электрической машины каждую ветвь обмотки охлаждения выполняют как единую изогнутую цельнометаллическую трубку.

Для надежной фиксации трубок охлаждения в пазах в любом из вышеуказанных вариантов они плотно закрываются клиньями - изоляционными либо металлическими.

Клинья выполняют металлическими для увеличения теплопередающей поверхности.

На фиг.1 и 2 изображен поперечный разрез статора, где
1 - сердечник,
2 - обмотка якоря,
3 - пазы,
4 - обмотка охлаждения,
5 - клинья.

На фиг.3 изображены различные варианты обмотки охлаждения статора, где
4 - обмотка охлаждения,
6 - напорный коллектор,
7 - напорный трубопровод,
8 - сливной коллектор,
9 - сливной трубопровод.

На фиг.1 и 2 показан сердечник статора электрической машины, сердечник 1 которого набран из изолированных листов электротехнической стали. По внутреннему диаметру сердечника расположены пазы с уложенной в них обмоткой 2 якоря, на внешнем диаметре выполнены открытые пазы 3 прямоугольной формы. В пазах в два слоя размещены прямые части зигзагообразных змеевиков обмотки охлаждения 4, которые могут быть выполнены из медной трубки прямоугольного сечения с центральным сквозным отверстием. Каждый из змеевиков состоит из некоторого одинакового количества последовательно соединенных между собой прямолинейных трубок, равномерно распределенных по окружности в одном из двух слоев. Змеевики подключены таким образом, что при одинаковом направлении навивки первая трубка одного слоя соединяется с напорным (входным) патрубком, а первая трубка второго слоя - со сливным (выходным) патрубком. На фиг.3 представлены возможные схемы соединений трубок (два исполнения).

Трубки закреплены в пазах клиньями 5.

Охлаждающую жидкость (воду или масло) подводят к напорному коллектору 6 через напорный трубопровод 7.

Сливают жидкость из сливного коллектора 8 через сливной трубопровод 9.

Стрелками у напорного и сливного трубопроводов обозначено направление тока хладагента.

Технический результат достигается за счет того, что трубки охлаждения размещены непосредственно в сердечнике статора электрической машины, причем благодаря открытым пазам и прямоугольной форме пазов и трубок охлаждения создаются наилучшие условия для теплового контакта.

Для повышения надежности системы охлаждения она составлена из некоторого числа пар параллельных ветвей. Трубки охладителя, размещенные в пазах в два слоя, соединены в параллельные ветви таким образом, что в каждом из слоев при обходе статора по кругу потоки жидкости направлены навстречу друг другу, причем начальная трубка одной ветви, соединенная с напорным патрубком питающей сети, и начальная трубка другой ветви, соединенная со сливным патрубком, находятся в общем пазу и, соответственно, наоборот. Такое соединение исключает влияние подогрева охлаждающей жидкости по мере ее прохождения по каналам системы.

Количество противовключенных пар зависит от конкретных требований по расходу охлаждающей жидкости, обеспечивающему отвод потерь, и параметров питающего насоса. Каждая ветвь представляет собой цельнометаллический змеевик, прямолинейные части которого распределены равномерно по окружности статора, занимая соответствующие пазы. Благодаря тому что каждая ветвь представляет собой независимый равномерно распределенный охладитель, система не теряет работоспособности при отключении части ветвей.

Благодаря цельнометаллическому исполнению змеевика и открытым пазам статора каждому змеевику еще до укладки в пазы придается нужная конфигурация и при монтаже системы охлаждения не требуется приложения значительных усилий. Кроме того, при цельнометаллическом исполнении отсутствуют стыковочные соединения между трубками, следовательно, и места потенциальных протечек.

Изобретение относится к области электротехники и электромашиностроения и касается систем охлаждения статоров посредством жидкого хладагента (охлаждающего агента), например воды или масла. Сущность изобретения заключается в том, что элементы конструкции статора электрической машины, выделяющие тепло - обмотка якоря, и отводящие тепло - обмотка охлаждения, размещены в пазах сердечника статора соответственно по внутреннему и наружному диаметрам сердечника. Трубки обмотки охлаждения размещены в пазах в два слоя и соединены в параллельные ветви таким образом, что потоки охлаждающего агента в ветвях направлены по окружности статора навстречу друг другу. Такое соединение исключает влияние подогрева охлаждающего агента по мере его прохождения по обмотке охлаждения. Предлагаемое взаимное расположение данных обмоток обеспечивает хороший отвод тепла от обмотки якоря. В то же время в трубках обмотки охлаждения не генерируется ЭДС, так как они располагаются вне зоны основного магнитного потока. Технический результат изобретения состоит в повышении технологичности изготовления статора электрической машины, эффективности ее работы и надежности системы охлаждения. 7 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Статор электрической машины, сердечник которого набран из изолированных листов электротехнической стали, при этом на внутреннем диаметре сердечника расположены пазы с обмоткой якоря, а на внешнем диаметре расположены ориентированные вдоль продольной оси статора пазы, в которых размещена обмотка охлаждения в виде зигзагообразного змеевика, отличающийся тем, что пазы на внешнем диаметре сердечника выполнены открытыми, имеют прямоугольную форму, обмотка охлаждения выполнена из трубок прямоугольного сечения и состоит как минимум из двух параллельно соединенных по охлаждающему агенту ветвей, прямолинейные элементы которых расположены в пазах в два слоя, а потоки охлаждающего агента в ветвях направлены по окружности статора навстречу друг другу.2. Статор по п.1, отличающийся тем, что трубки змеевика в обоих слоях намотаны в одном направлении и в каждом слое соединены последовательно, причем если в одном пазу в одном слое трубка соединена с напорным (входным) внешним трубопроводом, то в другом слое этого же паза трубка соединена со сливным (выходным) внешним трубопроводом.3. Статор по п.1, отличающийся тем, что охлаждающие сердечник статора трубки в слоях намотаны встречно, причем соединения между прямолинейными элементами трубок в разных слоях для одних и тех же пазов располагаются по разные стороны сердечника статора.4. Статор по п.1 или 2, отличающийся тем, что обмотка каждого слоя состоит из нескольких параллельных и изолированных по охлаждающему агенту ветвей, элементы которых равномерно распределены по окружности статора.5. Статор по п.4, отличающийся тем, что соединены как минимум две параллельных по охлаждающему агенту ветви каждого слоя.6. Статор по любому из вышеуказанных пунктов, отличающийся тем, что каждая ветвь обмотки охлаждения выполнена как единая изогнутая цельнометаллическая трубка.7. Статор по любому из вышеуказанных пунктов, отличающийся тем, что пазы по внешнему диаметру заклинены изоляционными клиньями.8. Статор по любому из пп.1-6, отличающийся тем, что пазы по внешнему диаметру заклинены металлическими клиньями.