ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ МАШИНА, ИМЕЮЩАЯ РОТОР, ОХЛАЖДАЕМЫЙ ОХЛАЖДАЮЩИМ ГАЗОМ Российский патент 2018 года по МПК H02K1/20 

Изобретение касается электрической машины, имеющей ротор, охлаждаемый посредством охлаждающего газа.

У такой электрической машины ротор охлаждается снаружи по его боковой поверхности. При этом решающим для эффективности охлаждения ротора является близкое к поверхности направление течения охлаждающего газа. Обычно у больших машин, роторы которых охлаждаются таким образом, охлаждающий газ в осевом направлении с двух концов входит в воздушный зазор между ротором и статором, нагревается вследствие потерь ротора и потерь на трение о воздух и затем через вентиляционные каналы в статоре выходит из воздушного зазора в радиальном направлении.

В JP 156252 A и JP 2003 018772 A раскрывается в каждом случае электрическая машина, статор которой имеет радиально проходящие каналы для охлаждения ее ротора.

В основе изобретения лежит задача - предложить усовершенствованную, в частности в отношении охлаждения ротора, электрическую машину, имеющую ротор, охлаждаемый посредством охлаждающего газа.

Эта задача в соответствии с изобретением решается с помощью признаков п.1 формулы изобретения.

Предпочтительные варианты осуществления изобретения являются предметом зависимых пунктов формулы изобретения.

Предлагаемая изобретением электрическая машина имеет ротор, охлаждаемый посредством охлаждающего газа, и окружающий этот ротор статор. Статор имеет несколько отдельных пакетов шихтованного сердечника, которые расположены последовательно в осевом направлении, параллельном оси вращения ротора, и отделены друг от друга проточными каналами, которые со стороны ротора открыты для подвода к ротору охлаждающего газа. При этом предусмотрен по меньшей мере один канальный лист, который ограничивает отдельный пакет шихтованного сердечника от проточного канала и имеет обращенный к ротору концевой участок, отклоняющий течение охлаждающего газа, проходящее по проточному каналу, от радиального направления, указывающего к оси вращения.

Через проточные каналы, расположенные между отдельными пакетами шихтованного сердечника, ротор может непосредственно омываться охлаждающим газом, благодаря чему ротор предпочтительно может омываться охлаждающим газом эффективнее, чем при известном осевом вводе охлаждающего газа в воздушный зазор между статором и ротором, потому что улучшается отношение между полезностью, достигаемой от коэффициента теплопередачи, и затратами, определяемыми мощностью течения.

Благодаря указанному по меньшей мере одному канальному листу предпочтительно предотвращается отраженное течение, которое направлено из проточного канала перпендикулярно на наружную поверхность ротора. Точно перпендикулярное отраженное течение нежелательно, так как оно приводит к высокой потере давления и распространяется от центра точки отражения во все стороны и поэтому мешает основному течению. Высокая потеря давления должна была бы компенсироваться высоким давлением вентилятора и имела бы следствием высокую потребляемую мощность вентилятора, создающего давление воздуха.

Один из вариантов осуществления изобретения предусматривает по меньшей мере одну пару двух таких канальных листов, при этом каждый из этих двух канальных листов ограничивает один из двух соседних отдельных пакетов шихтованного сердечника от проточного канала, разделяющего эти отдельные пакеты шихтованного сердечника.

Благодаря такой паре канальных листов течение охлаждающего газа может направляться через проточный канал с двух сторон, и поэтому еще эффективнее.

Одно из усовершенствований вышеназванного варианта осуществления изобретения предусматривает, что обращенные к ротору концевые участки канальных листов пары канальных листов имеют обращенные к проточному каналу поверхности, которые выполнены таким образом, что касательные плоскости к этим поверхностям в краевых точках поверхностей, обращенных к ротору, по меньшей мере по существу параллельны друг другу и образуют ненулевой угол с плоскостью, ортогональной к оси вращения.

Это усовершенствование предпочтительно позволяет направлять течение охлаждающего газа, выходящее из проточного канала, посредством поверхностей обращенных к ротору концевых участков канальных листов в направлении, которое имеет компоненту, касательную к наружной поверхности ротора.

Другой вариант осуществления изобретения предусматривает, что статор имеет пару канальных листов для каждой пары соседних отдельных пакетов шихтованного сердечника.

Благодаря этому варианту осуществления изобретения течение охлаждающего газа может предпочтительно направляться на обращенном к ротору конце каждого проточного канала, расположенного между двумя соседними отдельными пакетами шихтованного сердечника.

Другой вариант осуществления изобретения предусматривает, что эти два канальных листа пары канальных листов соединены друг с другом по меньшей мере одной опорной перемычкой.

Благодаря этому посредством по меньшей мере одной опорной перемычки может предпочтительно устанавливаться расстояние между двумя отдельными пакетами шихтованного сердечника.

Другой вариант осуществления изобретения предусматривает, что обращенный к ротору концевой участок по меньшей мере одного канального листа имеет по меньшей мере один зубец, который выполнен для направления течения охлаждающего газа в направлении течения, имеющем ненулевую компоненту, ортогональную к осевому направлению и к радиальному направлению.

Благодаря этому течение охлаждающего газа на обращенном к ротору конце по меньшей мере одного проточного канала приобретает также компоненту, которая направлена ортогонально к осевому направлению и по касательной к наружной поверхности ротора. Такая компонента благоприятно сказывается на потерях на трение о воздух и способствует течению охлаждающего газа с низкой потерей давления, проходящему спиралеобразно вокруг наружной поверхности ротора. Этот вариант осуществления особенно предпочтителен, когда электрическая машина рассчитана на одно (предпочтительное) направление вращения ротора.

Другой вариант осуществления изобретения предусматривает, что обращенный к ротору концевой участок по меньшей мере одного канального листа имеет элемент для придания жесткости.

Придание жесткости концевому участку канального листа может осуществляться особенно предпочтительным образом, когда канальный лист изготавливается как штампованная деталь.

Другой вариант осуществления изобретения предусматривает, что каждый отдельный пакет шихтованного сердечника имеет несколько пазов, распределенных вокруг оси вращения, через которые проведены витки катушек статора, и что каждый канальный лист одного отдельного пакета шихтованного сердечника имеет выемки, соответствующие этим пазам.

Этот вариант осуществления изобретения предпочтительно учитывает, что статор обычно имеет пазы для катушек статора, и адаптирует конфигурацию канальных листов к этому исполнению статора.

Другой вариант осуществления изобретения предусматривает, что каждый канальный лист изготовлен из металла или из металлического сплава.

Металл или металлический сплав особенно предпочтительно пригоден в качестве материала канального листа, так как он позволяет получить устойчивое и свариваемое исполнение канального листа. В этой связи ссылаемся на то, что, вопреки общепринятому значению слова «лист», термин «канальный лист» в этой заявке не обязательно подразумевает, что канальный лист изготовлен из металла или металлического сплава.

Описанные выше свойства, признаки и преимущества этого изобретения, а также способ их достижения становятся яснее и отчетливее понятны в контексте следующего описания примеров осуществления, которые поясняются подробнее со ссылкой на чертежи. При этом показано:

фиг.1: схематично фрагмент продольного сечения электрической машины;

фиг.2: изображение в перспективе участка первого канального листа;

фиг.3: изображение в перспективе участка второго канального листа; и

фиг.4: изображение в перспективе участка третьего канального листа.

Соответствующие друг другу части на всех фигурах снабжены одинаковыми ссылочными обозначениями.

На фиг.1 показан фрагмент продольного сечения электрической машины 1, имеющей ротор 3 и окружающий этот ротор статор 5.

Ротор 3 оперт с возможностью вращения вокруг оси 7 вращения и выполнен по существу в форме круглого цилиндра, при этом ось цилиндра совпадает с осью 7 вращения. Наружная поверхность 9 ротора 3, имеющая форму боковой поверхности цилиндра, отделена от статора 5 воздушным зазором 11.

Статор 5 имеет несколько отдельных пакетов 13 шихтованного сердечника, расположенных последовательно в осевом направлении, параллельном оси 7 вращения. Каждый отдельный пакет 13 шихтованного сердечника выполнен по существу в форме круглого кольца вокруг оси 7 вращения и имеет несколько пазов, распределенных вокруг оси 7 вращения (не изображенных на фиг.1), через каждый из которых известным образом (тоже не изображенным на фиг.1) проведены витки катушек статора 5. Обозначены также проходящие за плоскостью чертежа провода 15, которые являются частью катушек статора, на изображении в перспективе, отличающемся от остального изображения фиг.1.

Отдельные пакеты 13 шихтованного сердечника отделены друг от друга проточными каналами 23, которые открыты со стороны ротора, т.е. к воздушному зазору 11. Через проточные каналы 23 для охлаждения ротора 3 охлаждающий газ, например воздух, направляется в воздушный зазор 11 и вместе с тем к наружной поверхности 9 ротора 3.

Каждый отдельный пакет 13 шихтованного сердечника с каждой стороны, которая обращена к соседнему отдельному пакету 13 шихтованного сердечника, имеет канальный лист 17, 19, ограничивающий этот отдельный пакет 13 шихтованного сердечника от имеющегося там проточного канала 23. При этом каждый отдельный пакет 13 шихтованного сердечника с одной стороны имеет первый канальный лист 17, а с противоположной стороны - второй канальный лист 19, причем эти два канальных листа 17, 19 отличаются друг от друга.

Кроме того, каждые два соседних отдельных пакета 13 шихтованного сердечника ограничиваются от проточного канала 23, разделяющего эти отдельные пакеты 13 шихтованного сердечника, двумя разными канальными листами 17, 19, т.е. первым канальным листом 17 и вторым канальным листом 19, каждый из которых ограничивает один из двух отдельных пакетов 13 шихтованного сердечника от проточного канала 23. Эти два канальных листа 17, 19 такой пары канальных листов образуют находящиеся друг напротив друга стенки проточного канала 23 и ниже описываются подробнее с помощью фиг.2 и 3.

На фиг.2 показано изображение в перспективе участка первого канального листа 17.

На фиг.3 показано изображение в перспективе участка второго канального листа 19.

Канальные листы 17, 19 имеют обращенные к ротору концевые участки 17.1, 19.1, которые выполнены для того, чтобы отклонять течения охлаждающего газа, проходящие через проточные каналы 23, от радиальных направлений, указывающих к оси 7 вращения. Течения охлаждающего газа на фиг.1 изображены линиями 25 потока.

Для направления течения охлаждающего газа обращенный к ротору концевой участок 17.1 первого канального листа 17 имеет когтеобразную выпуклость, а обращенный к ротору концевой участок 19.1 второго канального листа 19 загнут. При этом концевые участки 17.1, 19.1 выполнены таким образом, что касательные плоскости к их поверхностям в обращенных к ротору краевых точках этих поверхностей по меньшей мере по существу параллельны друг другу и образуют каждая ненулевой угол α с плоскостью, ортогональной к оси 7 вращения. Благодаря этому течения охлаждающего газа, выходящие из проточного канала 23 в воздушный зазор 11, отклоняются каждое примерно на угол α от радиальных направлений, указывающих к оси вращения, и поэтому имеют компоненты, касательные к наружной поверхности 9 ротора 3 и направленные в осевом направлении.

Опционально концевые участки 17.1, 19.1 имеют также элементы 17.2, 19.2 для придания жесткости, которые выполнены, например, в виде насечек.

Каждый первый канальный лист 17 имеет также опорную перемычку 27, которая служит проставкой между соседними отдельными пакетами 13 шихтованного сердечника и, например, сваривается со вторым канальным листом 19, который образует с первым канальным листом 17 пару канальных листов.

Каждый канальный лист 17, 19 имеет также выемки 29, соответствующие пазам ограничиваемого им отдельного пакета 13 шихтованного сердечника.

На фиг.4 показано изображение в перспективе участка третьего канального листа 21, который может ограничивать отдельный пакет 13 шихтованного сердечника, альтернативно изображенному на фиг.3 второму канальному листу 19. Третий канальный лист 21 имеет обращенный к ротору концевой участок 21.1, который загнут, как и обращенный к ротору концевой участок 19.1 второго канального листа 19, но дополнительно имеет два зубца 21.3, выполненные каждый для направления течения охлаждающего газа в направлении течения, имеющем ненулевой угол к осевому направлению и ортогональном к радиальному направлению. Зубцы 21.3 в изображенном на фиг.4 примере осуществления получены путем загибания угловой области и средней области концевого участка 21.1, для чего концевой участок 21.1 в середине надрезан.

Изобретение относится к области электротехники, в частности к охлаждению ротора электрической машины. Технический результат – улучшение охлаждения ротора. Электрическая машина содержит ротор, охлаждаемый посредством охлаждающего газа, и окружающий этот ротор статор, который имеет несколько пакетов шихтованного сердечника. Отдельные пакеты шихтованного сердечника расположены последовательно в осевом направлении, параллельном оси вращения ротора, и отделены друг от друга проточными каналами, которые со стороны ротора открыты для подвода к ротору охлаждающего газа. При этом предусмотрен по меньшей мере один канальный лист, который ограничивает отдельный пакет шихтованного сердечника от проточного канала и имеет обращенный к ротору концевой участок, отклоняющий течение охлаждающего газа, проходящее по проточному каналу, от радиального направления, указывающего к оси вращения. 8 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Электрическая машина (1),

- имеющая ротор (3), охлаждаемый посредством охлаждающего газа,

- и окружающий этот ротор (3) статор (5), который имеет несколько пакетов (13) шихтованного сердечника,

- при этом отдельные пакеты (13) шихтованного сердечника расположены последовательно, в осевом направлении, параллельном оси (7) вращения ротора (3),

- и отделены друг от друга проточными каналами (23), которые со стороны ротора открыты для подвода к ротору (3) охлаждающего газа,

при этом предусмотрен по меньшей мере один канальный лист (17, 19, 21), который ограничивает отдельный пакет (13) шихтованного сердечника от проточного канала (23) и имеет обращенный к ротору концевой участок (17.1, 19.1, 21.1), отклоняющий течение охлаждающего газа, проходящее по проточному каналу (23), от радиального направления, указывающего к оси (7) вращения.

2. Электрическая машина (1) по п.1, отличающаяся тем, что содержит по меньшей мере пару канальных листов (17, 19, 21), каждый из которых ограничивает один из двух соседних отдельных пакетов (13) шихтованного сердечника от проточного канала (23), разделяющего эти отдельные пакеты (13) шихтованного сердечника.

3. Электрическая машина (1) по п.2, отличающаяся тем, что обращенные к ротору концевые участки (17.1, 19.1, 21.1) канальных листов (17, 19, 21) пары канальных листов имеют обращенные к проточному каналу поверхности, которые выполнены таким образом, что касательные плоскости к этим поверхностям в краевых точках поверхностей, обращенных к ротору, по меньшей мере по существу параллельны друг другу, и образуют ненулевой угол (α) с плоскостью, ортогональной к оси (7) вращения.

4. Электрическая машина (1) по п.2 или 3, отличающаяся тем, что статор (5) имеет пару канальных листов для каждой пары соседних отдельных пакетов (13) шихтованного сердечника.

5. Электрическая машина (1) по одному из пп.2-4, отличающаяся тем, что два канальных листа (17, 19, 21) пары канальных листов соединены друг с другом по меньшей мере одной опорной перемычкой (27).

6. Электрическая машина (1) по одному из пп.1-5, отличающаяся тем, что обращенный к ротору концевой участок (17.1, 19.1, 21.1) по меньшей мере одного канального листа (17, 19, 21) имеет по меньшей мере один зубец (21.3), который выполнен для направления течения охлаждающего газа в направлении течения, образующем ненулевой угол с осевым направлением и ортогональным к радиальному направлению.

7. Электрическая машина (1) по одному из пп.1-6, отличающаяся тем, что обращенный к ротору концевой участок (17.1, 19.1, 21.1) по меньшей мере одного канального листа (17, 19, 21) имеет элемент (17.2, 19.2) для придания жесткости.

8. Электрическая машина (1) по одному из пп.1-7, отличающаяся тем, что каждый отдельный пакет (13) шихтованного сердечника имеет несколько пазов, распределенных вокруг оси (7) вращения, через которые проведены витки катушек статора (5), причем каждый канальный лист (17, 19, 21) одного отдельного пакета (13) шихтованного сердечника имеет выемки (29), соответствующие этим пазам.

9. Электрическая машина (1) по одному из пп.1-8, отличающаяся тем, что каждый канальный лист (17, 19, 21) изготовлен из металла или из металлического сплава.