РОТОР СИНХРОННОЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ МАШИНЫ Российский патент 2006 года по МПК H02K1/32 H02K3/24 

Изобретение относится к области электромашиностроения, а более конкретно к конструктивным элементам охлаждения обмотки ротора явнополюсной электрической машины, преимущественно мощных гидрогенераторов с форсированным охлаждением обмотки возбуждения с самовентиляцией.

Известно устройство [1], которое представляет собой ротор электрической машины, содержащий сердечник, размещенную в пазах сердечника обмотку с наклонными каналами для входа и выхода газа в проводниках обмотки и пазовые клинья, удерживающие обмотку в пазах и имеющие криволинейные каналы, сообщающиеся с каналами обмотки, в котором для повышения эффективности охлаждения путем снижения аэродинамического сопротивления для газа каналы в пазовых клиньях имеют винтовую форму переменного шага с осью вдоль клина и имеют плавные сопряжения с каналами обмотки.

В данном устройстве изготовление винтовых каналов в клиньях ротора возможно только способом размерной электрохимической обработки в проточном электролите. Трудоемкость изготовления винтовых каналов электрохимическим методом соизмерима со способом фрезерования пересекающихся каналов с двух сторон витков на металлорежущих станках, но требует более сложной оснастки. В известном устройстве, положительный технический эффект, заключающийся в снижении температуры обмотки ротора на 8-10 градусов достигается, помимо изготовления пазовых клиньев с каналами винтовой формы переменного шага, также и изготовлением клиньев с дефлекторами. При этом зазоры между катушками обмотки и сердечниками полюсов должны иметь сечение, уменьшающееся к выходному концу зазора, чтобы обеспечить снижение аэродинамического сопротивления. Все это усложняет трудоемкость изготовления устройства, а с учетом того, что при стяжке обмотки поперечные каналы в соседних витках могут не совпадать из-за перекрытия изнутри пазовыми клиньями, то эффект снижения аэродинамического сопротивления может быть сведен к нулю.

Известно также устройство [2], представляющее собой ротор синхронной явнополюсной электрической машины, содержащий сердечники полюсов с закрепленной на них катушкой обмотки, в витках которой выполнены поперечные вентиляционные каналы, и установленные по внутреннему периметру между катушками и сердечниками распорные клинья, образующие вертикальные камеры, соединенные с вентиляционными каналами, в котором для улучшения охлаждения камеры выполнены сообщающимися при помощи поперечных каналов, распределенных по высоте распорных клиньев, при этом поперечные каналы расположены на плоскостях клиньев, обращенных к катушке, и на плоскостях клиньев, обращенных к сердечнику и обращенных одна к другой плоскостях клиньев, а поперечные каналы расположены с наклоном.

Данное устройство, имеющее поперечные каналы в витках и распорных клиньях, в которых выполнены поперечные каналы, соединяющие все раздаточные вертикальные камеры между собой, улучшает работу системы форсированного охлаждения обмотки ротора и повышает работоспособность и надежность электрической машины без дополнительных конструктивных узлов и применения трудоемких технологий. Однако, как и в устройстве [1], в данном устройстве при стяжке обмотки поперечные каналы в соседних витках могут частично не совпадать, так как часть из них может быть перекрыта изнутри клином, что может негативно сказаться на эффективности охлаждения особенно мощных гидрогенераторов с форсированным охлаждением обмотки возбуждения с самовентиляцией.

Задачей настоящего предложения является улучшение охлаждения обмотки возбуждения за счет продольной более интенсивной циркуляции охлаждающего воздуха между катушкой и сердечником и выравнивание потока охлаждающего воздуха по внутреннему периметру катушки.

Поставленная задача решается за счет того, что в роторе синхронной электрической машины, содержащей сердечники полюсов с закрепленной на них катушкой обмотки, в витках которой выполнены вентиляционные каналы, и установленные по внутреннему периметру между катушками и сердечниками распорные клинья, образующие вертикальные камеры, соединенные с вентиляционными каналами, камеры выполнены сообщающимися при помощи поперечных каналов, распределенных по высоте распорных клиньев и расположенных на плоскостях клиньев, обращенных к катушке и к сердечнику и расположенных на обращенных одна к другой плоскостях клиньев, и расположены с наклоном, в котором каналы в распорных клиньях выполнены сквозными по продольной оси на плоскостях клиньев, обращенных к катушке, в виде щели и размещены с охватом продольной плоскостью канала поперечных каналов, расположенных в соседних витках обмотки.

Распорные клинья с каналами, выполненными на поверхностях клиньев, обращенных к катушке сквозными по продольной оси клиньев в виде щели, и размещенные с охватом продольной плоскостью канала поперечных каналов, расположенных в двух соседних витках обмотки, позволяют выравнивать расход температуры охлаждающего воздуха в питающих камерах, улучшить циркуляцию воздуха между сердечником и катушкой, а также теплового состояния обмотки возбуждения. Выравнивание расходов воздуха и температуры и улучшение циркуляции воздуха обеспечивается возможностью сообщения между камерами, образованными клиньями, сердечником и катушкой возбуждения Улучшение теплового состояния обмотки обеспечивается более эффективным охлаждением обмотки возбуждения за счет увеличения охлаждающей поверхности и улучшения циркуляции за счет выполнения каналов в распорных клиньях на поверхностях клиньев, обращенных к катушке сквозными по продольной оси клиньев в виде щели и размещенных с охватом продольной плоскостью канала поперечных каналов, расположенных в соседних витках обмотки, что исключает перекрывание поперечных каналов изнутри закладным клином, при несовпадении поперечных каналов в соседних витках после операции сжатия обмотки.

Новым в заявляемом предложении является выполнение каналов в распорных клиньях на плоскостях клиньев, обращенных к катушке сквозными по продольной оси клиньев в виде щели и размещенных с охватом продольной плоскостью канала поперечных каналов, расположенных в соседних витках обмотки.

Совокупность новых признаков из известного уровня техники не выявлена, что позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого предложения условию патентоспособности "изобретательский уровень".

Сущность предложения поясняется чертежами, где на фиг.1 изображена часть ротора, поперечный разрез, на фиг.2 изображен разрез сердечника полюса; на фиг.3 поперечный разрез полюса; на фиг.4 изображен распорный клин.

Электрическая машина содержит статор 1, обод 2 ротора с вентиляционными каналами 3. К центральной части 4 остова ротора 5 присоединены спины 6 с заборными окнами 7. На сердечниках 8 полюсов 9, установленных на наружном диаметре обода 2 с междуполюсным пространством 10, закреплена обмотка возбуждения, при этом имеется зазор 11 между сердечником 8 и катушкой 12, в витках которой выполнены вентиляционные каналы 13. Катушка 12 расперта на сердечнике 8 с помощью распорных клиньев 14 и 15. Таким образом зазор 11 разделен на камеры 16, образованные клиньями 14 и 15, сердечником 8 и внутренней стороной 17 катушки 12. В клиньях 15 на плоскостях 18 выполнены сквозные каналы 19 по продольной оси клиньев в виде щели и размещенные с охватом продольной плоскостью канала 19 поперечных вентиляционных каналов 13, расположенных в соседних витках обмотки. Камеры 16 соединены между собой по высоте и внутреннему периметру катушки 12. Чтобы на участках каналов распорных клиньев не было сдвига витков катушки 12, каналы выполнены под углом к вертикальной плоскости клина.

Как и в известном устройстве, закладные клинья состоят из двух частей, непосредственно распорного клина 14 и закладного клина 15, сочлененных между собой, с образованием единого элемента.

Для более равномерного охлаждения катушек камеры 16 соединены между собой посредством поперечных каналов 20, выполненных на одной из сторон каждого закладного 15 или распорного клина 14.

Охлаждение ротора происходит в следующей последовательности.

В заборные окна 7 спицы, между спицами 6 сверху и снизу, поступает охлаждающий воздух в вентиляционные каналы 3 обода 2, из которых часть охлаждающего воздуха поступает в пространство 10 между полюсами 9. Одновременно другая часть охлаждающего воздуха поступает из каналов 3 в пространство 11 между катушкой 12 и сердечником 8 полюса 9, а затем направляется в поперечные каналы 13, выполненные в витках катушки 12. Каналы 19 в клиньях 15, выполненные в виде щели, обеспечивают равномерное распределение охлаждающего воздуха в зоне между катушкой 12 и сердечником 8 с охватом поперечных каналов 13, распложенных в соседних витках обмотки, и выравнивание температуры обмотки возбуждения.

Охлаждающий воздух, пройдя камеры 16 и каналы 13 в витках катушки 12, под действием центробежного эффекта поступает в междуполюсное пространство 10, а затем через статор 1 на воздухоохладители электрической машины. Затем цикл охлаждения повторяется до тех пор, пока вращается ротор генератора.

Выполнение на плоскостях распорных клиньев, обращенных к катушке, сквозных каналов по продольной оси клиньев в виде щели не требует дополнительной оснастки, так как каналы могут быть выполнены обычным фрезерованием, что позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого предложения условию патентоспособности "промышленная применимость".

Источники информации

1. Авторское свидетельство СССР №1095311.

2. Авторское свидетельство СССР №1203635.

Изобретение относится к области электромашиностроения, а более конкретно к конструктивным элементам охлаждения обмотки ротора явнополюсной электрической машины. Технический результат заключается в улучшении охлаждения обмотки возбуждения за счет продольной более интенсивной циркуляции охлаждающего воздуха между катушкой и сердечником и в выравнивании потока охлаждающего воздуха по внутреннему периметру катушки. Для этого ротор содержит сердечники полюсов с закрепленной на них катушкой обмотки, в витках которой выполнены вентиляционные каналы, и установленные по внутреннему периметру между катушками и сердечниками распорные клинья, образующие вертикальные камеры, соединенные с вентиляционными каналами, камеры выполнены сообщающимися при помощи поперечных каналов, распределенных по высоте распорных клиньев и расположенных на плоскостях клиньев, обращенных к катушке и к сердечнику, и обращенных одна к другой плоскостях клиньев, и расположенных с наклоном, при этом каналы в распорных клиньях выполнены на поверхностях клиньев, обращенных к катушке, сквозными по продольной оси клиньев в виде щели и размещены с охватом продольной плоскостью канала поперечных каналов, расположенных в соседних витках обмотки. 3 ил.

Ротор синхронной электрической машины, содержащий сердечники полюсов с закрепленной на них катушкой обмотки, в витках которой выполнены вентиляционные каналы, и установленные по внутреннему периметру между катушками и сердечниками распорные клинья, образующие вертикальные камеры, соединенные с вентиляционными каналами, камеры выполнены сообщающимися при помощи поперечных каналов, распределенных по высоте распорных клиньев и расположенных на плоскостях клиньев, обращенных к катушке и к сердечнику, и обращенных одна к другой плоскостях клиньев, и расположенных с наклоном, отличающийся тем, что каналы в распорных клиньях выполнены на поверхностях клиньев, обращенных к катушке, сквозными по продольной оси клиньев в виде щели и размещены с охватом продольной плоскостью канала поперечных каналов, расположенных в соседних витках обмотки.