ОХЛАЖДЕНИЕ АКТИВНОЙ ЧАСТИ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ МАШИНЫ Российский патент 2018 года по МПК H02K9/22 

Изобретение относится к активной части электрической машины, при этом активная часть содержит по меньшей мере два зубца, которые имеют каждый магнитопроницаемый материал и которые каждый выступают в радиальном направлении из боковой поверхности активной части, и по меньшей мере одну канавку для обмотки, которая расположена между парой по меньшей мере двух зубцов, при этом по меньшей мере одна канавка для обмотки расположена по существу вдоль оси вращения активной части и при этом электрическая обмотка предназначена для расположения в соответствующей канавке для обмотки. Кроме того, изобретение относится к электрической машине, содержащей такую активную часть.

Такая активная часть выполнена, например, в виде ротора большой электрической машины. Охлаждение такого ротора требует, как правило, сложных охлаждающих систем с путями прохождения вблизи источников тепла. В частности, в неявнополюсных синхронных машинах, в которых железо ротора выполнено массивным, таких как, например, турбомашины, существуют технические и технологические границы при выполнении охлаждающих каналов. По этой причине как охлаждающая поверхность, так и поверхность поперечного сечения для охлаждающих потоков ограничены. Соотношение технической пользы и технических затрат является небольшим, что отражается в свою очередь в высокой стоимости изготовления.

Охлаждение исключительно через поверхность ротора хотя и связано со значительно меньшими затратами на изготовление, однако в этом случае в больших машинах не обеспечивается возможность достаточного охлаждения обмотки ротора. Решающую долю в общей разнице температуры между обмоткой ротора и охлаждающей средой вызывается длинными путями охлаждения через зубцы ротора. Применяемые материалы для роторного железа задаются механическими и магнитными требованиями.

Таким образом, проблема состоит, среди прочего, в том, что применяемые до настоящего времени решения является либо дорогостоящими, либо не достаточно эффективными.

Экономичное охлаждение ротора через его боковую поверхность используется до настоящего времени лишь в небольших цилиндрических роторах. Однако в этом случае потери ротора следует очень ограничивать, т.е. возможны лишь небольшие плотности тока возбуждения. Таким образом, охлаждаемые так роторы имеют большой диаметр или являются особенно длинными. Разницы температуры на других участках, например, на изоляции обмотки и от поверхности к воздушному зазору, необходимо удерживать возможно меньшими за счет подходящего выполнения.

Более обычным является непосредственное охлаждение с помощью охлаждающих каналов, которые проходят вдоль оси машины и имеют отверстия к элементам обмотки и к воздушному зазору. Обычно должна образовываться поверхность охлаждения над обмоткой в канавках, что требует значительных затрат при изготовлении катушек.

Лишь в машинах, в которых железо ротора выполнено в виде пакета стальных листов, образуются частичные пакеты стальных листов с лежащими между ними вентиляционными щелями. За счет этого образуется очень большая охлаждающая поверхность, и пути между источниками тепла и охлаждающей поверхностью являются особенно короткими. В массивно выполненных роторах эти варианты охлаждения не применяются из-за механических и технологических краевых условий.

В основу изобретения положена задача улучшения охлаждения активной части экономичным образом.

Эта задача решена с помощью активной части и электрической машины указанного в начале вида тем, что активная часть имеет по меньшей мере одну открытую выемку, которая расположена на или в соответствующем зубце в соответствующей плоскости, при этом соответствующая плоскость охватывается по существу радиальным направлением и направлением по существу вдоль оси вращения, и имеет по меньшей мере один теплопроводящий элемент, который по меньшей мере частично расположен в соответствующей открытой выемке и который имеет теплопроводящий материал, теплопроводность которого больше, чем магнитопроницаемого материала.

Выполненная так активная часть позволяет значительно улучшать теплопроводность зубцов активной части тем, что элементы из высокотеплопроводящего материала размещены в зоне сторон канавки или в самом зубце. Эти элементы служат для проведения тепла в направлении боковой поверхности активной части и, в частности, для выравнивания температуры вдоль оси вращения.

В частности, в предлагаемой активной части обе основные функции активной части, а именно, с одной стороны, направления магнитного потока и, с другой стороны, направления теплового потока, разделены на два отдельных конструктивных элемента в зоне канавки, соответственно, в зоне зубца.

Техническая реализация такой активной части существенно способствует, в частности, в активных частях с вентилируемой поверхностью, уменьшению температуры находящейся в соответствующей канавке электрической обмотки, так что соответствующие электрические машины могут быть выполнены с более высокой плотностью крутящего момента. При этом предлагаемая активная часть имеет значительно более простую конструкцию, чем при обычном выполнении с дополнительными путями прохождения потоков, так что достигается надежное и одновременно дешевое охлаждение соответствующей активной части. Например, обеспечивается возможность использования катушек охлаждения простой конструкции, поскольку не должна возникать поверхность для конвективного переноса тепла внутри активной части.

Предпочтительно, активная часть, соответственно электрическая машина, выполнена так, что обеспечивается возможность работы при скоростях вращения больше 4000 об/мин, в частности больше 10000 об/мин, и мощностях свыше 1 МВт, в частности свыше 10 МВт. Предпочтительно, электрическая машина выполнена в виде синхронной машины или машины с неявнополюсным ротором, в частности турбомашины. Кроме того, возможно, что соответствующий зубец выполнен в качестве соответствующего полюса электрической машины, при этом электрическая машина выполнена, в частности, в виде явнополюсной синхронной машины.

В одном предпочтительном варианте выполнения изобретения соответствующей зубец имеет, при рассматривании в окружном направлении, соответствующую боковую поверхность зубца, которая обращена к соответствующей канавке для обмотки, при этом соответствующая первая открытая выемка расположена по меньшей мере на некоторых участках на соответствующей боковой поверхности зубца.

Соответствующая первая открытая выемка может быть, например, фрезерована на соответствующей боковой поверхности зубца. В соответствующей первой открытой выемке расположен поясненный выше теплопроводящий элемент. Это расположение обеспечивает особенно эффективный отвод возникающего во время работы электрической машины отходящего тепла, поскольку большая часть отходящего тепла создается в электрической обмотке, которая по меньшей мере частично граничит с соответствующим теплопроводящим элементом в соответствующей первой открытой выемке.

В частности, соответствующая первая открытая выемка, соответственно, соответствующий теплопроводящий элемент может проходить в осевом направлении вдоль всего соответствующего зубца, в частности вдоль по меньшей мере половины или части соответствующего зубца. Поскольку зона осевой середины обычно относится к горячим зонам находящейся в работе активной части, то сравнительно большая осевая длина соответствующей первой открытой выемки, соответственно, соответствующего теплопроводящего элемента, имеет дополнительное преимущество в том, что тепло от осевой середины эффективно отводится к более холодным местам, в частности к осевым торцевым сторонам, активной части. Сравнительно большая осевая длина имеется, например, когда соответствующая первая открытая выемка, соответственно, соответствующий теплопроводящий элемент, проходят по меньшей мере по половине осевой длины активной части. Соответственно, соответствующая первая открытая выемка выполнена в виде канавки, и соответствующий теплопроводящий элемент выполнен предпочтительно в форме прямоугольного параллелепипеда, в частности в виде пластины.

Предпочтительно, соответствующая первая открытая выемка имеет сужающееся в окружном направлении к канавке для обмотки прохождение в радиальном направлении, так что за счет геометрического замыкания предотвращается выпадение соответствующего теплопроводящего элемента из соответствующей первой открытой выемки.

В другом предпочтительном варианте выполнения изобретения находящаяся в соответствующей обмоточной канавке электрическая обмотка имеет при этом поверхность, которая обращена к радиальному раскрыву соответствующей обмоточной канавки, при этом по меньшей мере один теплопроводящий элемент выполнен так, что по меньшей мере один теплопроводящий элемент расположен с примыканием по меньшей мере на некоторых участках в радиальном направлении к соответствующей, обращенной к радиальному раскрыву поверхности соответствующей электрической обмотки.

Таким образом, соответствующий теплопроводящий элемент закрывает по меньшей мере частично находящуюся в соответствующей канавке для обмотки электрическую обмотку в направлении открытой стороны обмоточной канавки. Для зубцов, которые направлены, например, радиально наружу, по меньшей мере часть соответствующего теплопроводящего элемента покрывает по меньшей мере частично радиально наружную поверхность соответствующей электрической обмотки.

За счет выполненного так теплопроводящего элемента достигается, что отходящее тепло внутри активной части отводится в радиальном направлении к боковой поверхности активной части.

В другом предпочтительном варианте выполнения изобретения соответствующая канавка для обмотки выполнена при этом с возможностью закрывания в радиальном направлении с помощью соответствующего закрывающего канавку клина, с помощью которого обеспечивается возможность радиальной фиксации находящейся в соответствующей обмоточной канавке электрической обмотки, при этом соответствующая первая открытая выемка и/или соответствующий теплопроводящий элемент по меньшей мере на некоторых участках расположены на обращенной к соответствующему закрывающему канавку клину стороне соответствующего зубца.

Таким образом, соответствующая первая открытая выемка и/или соответствующий теплопроводящий элемент проходит в радиальном направлении дальше к боковой поверхности, чем соответствующая электрическая обмотка, так что находящийся в соответствующей первой открытой выемке теплопроводящий элемент проходит дальше к боковой поверхности, чем соответствующая электрическая обмотка. Это расположение обеспечивает особенно эффективный отвод отходящего тепла из соответствующей электрической обмотки. При этом такое радиальное прохождения соответствующей первой открытой выемки и/или соответствующего теплопроводящего элемента возможно также без соответствующего закрывающего канавку клина.

В другом предпочтительном варианте выполнения изобретения соответствующая вторая открытая выемка выполнена в виде канавки или в виде отверстия, которое выполнено в радиальном направлении в соответствующем зубце.

В соответствующей второй открытой выемке расположен поясненный выше теплопроводящий элемент. Это расположение обеспечивает возможность особенно эффективного отвода возникающего во время работы электрической машины отходящего тепла в радиальном направлении. Это предпочтительно, в частности, в электрических машинах, в которых при работе также в зубце возникают не пренебрежительно малые потери, которые проявляются в виде частично значительного нагрева соответствующего зубца. Предпочтительно, соответствующая вторая открытая выемка расположена в окружном направлении в зоне середины соответствующего зубца. Выполненная в виде канавки соответствующая вторая открытая выемка может быть фрезерована в соответствующем зубце.

Предпочтительно, соответствующий теплопроводящий элемент, соответственно соответствующая вторая открытая выемка, имеет вдоль радиальной зоны, в которой расположен соответствующий теплопроводящий элемент, увеличивающее радиально наружу прохождение в окружном направлении.

Для дополнительно увеличенного отвода отходящего тепла изнутри активной части возможна, в частности, комбинация по меньшей мере одной из поясненных выше первых открытых выемок по меньшей мере с одной из поясненных вторых открытых выемок.

В другом предпочтительном варианте выполнения изобретения активная часть имеет при этом по меньшей мере одну закрывающую пробку, с помощью которой обеспечивается возможность закрывания соответствующей второй открытой выемки.

С помощью по меньшей мере одной закрывающей пробки обеспечивается возможность надежной фиксации в радиальном направлении расположенного в соответствующей второй открытой выемке теплопроводящего элемента. В частности, в качестве материала для соответствующей закрывающей пробки можно применять хороший проводник тепла. При этом возможно также, что соответствующая закрывающая пробка также имеет теплопроводящий материал.

Предпочтительно, соответствующая вторая открытая выемка имеет по меньшей мере в радиальной зоне соответствующей закрывающей пробки сужающееся в радиальном направлении к боковой поверхности прохождение в окружном направлении, так что за счет геометрического замыкания предотвращается выпадение соответствующей закрывающей пробки из соответствующей второй открытой выемки. В частности, соответствующая вторая открытая выемка может иметь перед своим сужением еще расширение своего прохождения в окружном направлении.

В другом предпочтительном варианте выполнения изобретения активная часть выполнена в виде массивного ротора электрической машины.

В частности, ротор, соответственно электрическая машина, выполнена так, что обеспечивается возможность работы со скоростями вращения больше 4000 об/мин, в частности больше 10000 об/мин, и с мощностями свыше 1 МВт, в частности свыше 10 МВт.

Особенно при больших роторах возможность охлаждения с помощью охлаждающих каналов сильно ограничена. С помощью соответствующей открытой выемки и соответствующего расположенного в ней теплопроводящего элемента обеспечивается, тем не менее, возможность эффективного и одновременно экономичного охлаждения таких роторов.

В другом предпочтительном варианте выполнения изобретения по меньшей мере два зубца выступают радиально наружу из боковой поверхности, при этом соответствующий зубец имеет по меньшей мере вдоль электрической обмотки увеличивающееся радиально изнутри радиально наружу прохождение в окружном направлении.

Соответствующий зубец выполнен, в частности, так, что он имеет в сечении перпендикулярно оси вращения трапециевидное поперечное сечение и его прохождение в окружном направлении уменьшается радиально наружу. Следовательно, уменьшается также в окружном направлении радиально наружу имеющая решающее влияние на магнитный поток ширина зубца.

Если рассматривать лишь магнитные свойства соответствующего зубца, то увеличивающаяся радиально наружу ширина зубца не является необходимой, так что напрашивается возможность местного сноса магнитопроницаемого материала соответствующего зубца и вместо этого введения теплопроводящих элементов из высоко теплопроводящего материала. Упомянутый местный снос реализован с помощью поясненной выше открытой выемки, соответственно, первой и/или второй открытой выемки, в которой расположен соответствующий поясненный выше теплопроводящий элемент.

Например, при этом два соседних зубца выполнены так, что соответствующая находящаяся между обоими соседними зубцами обмоточная канавка выполнена с параллельными боковыми поверхностями, так что прохождение в окружном направлении соответствующей обмоточной канавки не изменяется радиально изнутри радиально наружу.

Предпочтительно, соответствующий зубец выполнен так, что остающаяся в целом ширина в окружном направлении магнитопроницаемого материала в радиальном направлении по меньшей мере на некоторых участках, в частности вдоль по меньшей мере половины или ¾ радиального прохождения соответствующей электрической обмотки, остается постоянной. Этого можно достигать, например, также тем, что прохождение в окружном направлении соответствующей выемки увеличивается радиально наружу.

В другом предпочтительном варианте выполнения изобретения по меньшей мере два зубца выступают, исходя из соответствующего основания зубца, на длину высоты зубца до соответствующей вершины зубца, радиально из боковой поверхности, при этом соответствующая открытая выемка и/или соответствующий теплопроводящий элемент проходит в радиальном направлении к соответствующему основанию зубца в соответствующий зубец на глубину, которая соответствует максимально 9/10, в частности максимально 4/5, высоты зубца.

При этом глубина измеряется в радиальном направлении, исходя из соответствующей вершины зубца, в направлении соответствующего основания зубца. Выполненная так соответствующая открытая выемка, соответственно выполненный так соответствующий теплопроводящий элемент, представляет хороший компромисс между удовлетворительными магнитными свойствами и достаточным отводом тепла относительно соответствующего зубца, поскольку для хорошего отвода тепла не обязательно требуется введение соответствующей открытой выемки, соответственно, соответствующего теплопроводящего элемента в радиальном направлении до основания зубца в соответствующем зубце. Таким образом, магнитные свойства соответствующего зубца у основания зубца не ухудшаются, соответственно ухудшаются не существенно, за счет соответствующей открытой выемки, соответственно, соответствующего теплопроводящего элемента, что обеспечивает большие преимущества, поскольку прохождение, соответственно, плотность магнитных линий у основания зубца имеют решающее значение для коэффициента полезного действия и других важных свойств электрической машины. Дополнительно к этому, выполненная так соответствующая открытая выемка имеет преимущества для механической прочности соответствующего зубца.

Предпочтительно, при этом соответствующая открытая выемка и соответствующий теплопроводящий элемент имеют примерно одинаковое радиальное прохождение до соответствующего основания зубца.

В случае выступающих радиально наружу из боковой поверхности зубцов можно с помощью выполненной так соответствующей открытой выемки, соответственно выполненного так соответствующего теплопроводящего элемента, достигать того, что ширина зубца радиально наружу не становится меньше ширины, которую соответствующий зубец имеет в окружном направлении в зоне основания зубца.

В другом предпочтительном варианте выполнения изобретения по меньшей мере два зубца выступают, исходя из соответствующего основания зуба, на длину высоты до соответствующей вершины зубца радиально из боковой поверхности, при этом соответствующая открытая выемка и/или соответствующий теплопроводящий элемент в радиальном направлении к соответствующей вершине зубца проходит по меньшей мере до той поверхности находящейся в обмоточной канавке электрической обмотки, которая обращена к радиальному раскрыву соответствующей обмоточной канавки.

Такое радиальное прохождение соответствующей открытой выемки, в частности соответствующей первой открытой выемки, соответственно, соответствующего теплопроводящего элемента, обеспечивает возможность хорошего отвода, в частности, содержащегося в электрической обмотке тепла к боковой поверхности. В то время как соответствующая вторая открытая выемка выполнена открытой в радиальном направлении к боковой поверхности, такое радиальное прохождение соответствующего, расположенного в соответствующей второй открытой выемке теплопроводящего элемента вызывает хороший отвод тепла изнутри соответствующего зубца. Соответствующая первая открытая выемка и соответствующий теплопроводящий элемент могут иметь примерно одинаковое прохождение к соответствующей вершине зубца. В частности, когда соответствующая открытая выемка выполнена в виде поясненной выше первой открытой выемки, то соответствующая первая открытая выемка и соответствующий теплопроводящий элемент проходят в радиальном направлении предпочтительно по меньшей мере вдоль одного участка поясненной выше стороны соответствующего зубца, которая обращена к соответствующему закрывающему канавку клину. В качестве альтернативного решения или дополнительно, соответствующая первая открытая выемка может быть выполнена так, что она по меньшей мере на некоторых участках закрывает соответствующую электрическую обмотку на ее обращенной к радиальному раскрыву соответствующей обмоточной канавки поверхности.

В другом предпочтительном варианте выполнения изобретения теплопроводящий материал содержит медь или алюминий.

Медь имеет то преимущество, что она и без того применяется при изготовлении электрических машин и имеет дополнительно хорошую теплопроводность. Кроме того, медь и алюминий легко поддаются обработке, так что возможно выполнение хорошего термического контакта между соответствующим теплопроводящим элементом, с одной стороны, и с магнитопроницаемым материалом и/или электрической обмоткой, с другой стороны, без больших затрат.

В другом предпочтительном варианте выполнения изобретения соответствующий теплопроводящий элемент соединен с геометрическим замыканием или с замыканием по материалу с соответствующим зубцом.

Геометрическое замыкание может достигаться, например, тем, что соответствующая открытая выемка сужается к своему соответствующему раскрыву и соответствующий теплопроводящий элемент запрессовывается, например, в радиальном направлении, соответственно, в окружном направлении или вдвигается в осевом направлении в соответствующую открытую выемку. В частности, при поясненной выше соответствующей второй открытой выемке может быть предусмотрена закрывающая пробка, с помощью которой достигается геометрическое замыкание и радиальная фиксация соответствующего теплопроводящего элемента относительно боковой поверхности. Соединение с замыканием по материалу может достигаться, например, с помощью горячей изостатической запрессовки (HIP). За счет соединения с геометрическим замыканием, соответственно с замыканием по материалу, обеспечивается хороший перенос тепла к соответствующему теплопроводящему элементу.

В другом предпочтительном варианте выполнения изобретения соответствующий теплопроводящий элемент соединен с соответствующим зубцом посредством склеивания.

С помощью клея обеспечивается почти любая геометрическая форма соответствующего теплопроводящего элемента, соответственно соответствующей открытой выемки, при этом соответствующий теплопроводящий элемент, тем не менее, надежно удерживается на, соответственно, в зубце. Предпочтительно, клей имеет сравнительно высокую теплопроводность, так что обеспечивается хороший перенос тепла к соответствующему теплопроводящему элементу. Например, клей может быть выполнен в виде клеящей теплопроводящей пасты.

В другом предпочтительном варианте выполнения изобретения теплопроводность теплопроводящего материала по меньшей мере в пять раз больше, предпочтительно по меньшей мере в восемь раз больше теплопроводности магнитопроницаемого материала.

Такие материалы обеспечивают особенно эффективный отвод возникающего во время работы соответствующей активной части отходящего тепла. В частности, когда активная часть выполнена массивной из стали, в частности хром-молибденовой стали, то теплопроводящий материал может быть выбран, например, в виде меди или алюминия.

Ниже приводится более подробное пояснение изобретения на основе примеров выполнения со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых изображено:

фиг. 1 - первый вариант выполнения активной части, согласно изобретению;

фиг. 2 - второй пример выполнения;

фиг. 3 - третий пример выполнения;

фиг. 4 - четвертый пример выполнения;

фиг. 5 - пятый пример выполнения.

На фиг. 1 показан первый пример выполнения активной части, согласно изобретению, при этом изображена часть поперечного сечения перпендикулярно оси 5 вращения активной части.

Активная часть имеет боковую поверхность 3, из которой выступают в радиальном направлении 2 наружу два зубца 1. Оба зубца 1 имеют магнитопроницаемый материал, при этом между обоими зубцами 1 расположена канавка 4 для обмотки, которая проходит вдоль оси 5 вращения активной части. В обмоточной канавке 4 расположена электрическая обмотка 6.

Для улучшения охлаждения активной части соответствующий зубец 1 имеет первую открытую выемку 10, которая расположена на соответствующей боковой поверхности 7 зубца. При этом соответствующая боковая поверхность 7 зубца обращена к обмоточной канавке 4, при этом соответствующая первая открытая выемка 10 расположена в плоскости, которая охватывается по существу радиальным направлением 2 и направлением по существу вдоль оси 5 вращения. В соответствующей первой открытой выемке 10 расположен теплопроводящий элемент 11, который имеет теплопроводящий материал, теплопроводность которого больше теплопроводности магнитопроницаемого материала. Соответствующий первый теплопроводящий элемент 11 может быть соединен с соответствующим зубцом 1, например, с помощью клея или с помощью соединения с геометрическим замыканием.

Соответствующий зубец 1 проходит в радиальном направлении 2, исходя из боковой поверхности 3, вдоль высоты 13 зубца от основания 12 зубца до вершины 14 зубца. Соответствующая первая открытая выемка 10 и/или соответствующий теплопроводящий элемент 11 проходит в радиальном направлении 2 предпочтительно к соответствующему основанию 12 зубца на глубину 15, которая соответствует максимально 9/10, в частности 4/5, высоты 13 зубца. При этом глубина 15 измеряется в радиальном направлении 2, исходя из вершины 14 зубца. Кроме того, соответствующая первая открытая выемка 10 и/или соответствующий теплопроводящий элемент 11 проходит в радиальном направлении к соответствующей вершине 14 зубца предпочтительно по меньшей мере до той поверхности 8 электрической обмотки 6, которая обращена к радиальному раскрыву соответствующей обмоточной канавки 4.

В частности, активная часть имеет больше двух зубцов 1, так что имеется несколько обмоточных канавок 4. При этом соответствующая обращенная к обмоточной канавке 4 боковая поверхность 7 зубца предпочтительно выполнена, как пояснено выше, так что предусмотрены соответствующая первая открытая выемка 10 и расположенный в ней соответствующий теплопроводящий элемент 11. Таким образом, соответствующий зубец 1 выполнен предпочтительно симметричным в окружном направлении.

На фиг. 2 показан второй пример выполнения активной части, согласно изобретению. При этом одинаковые с фиг. 1 компоненты обозначены теми же позициями. Поскольку активная часть второго примера выполнения частично аналогична активной части первого примера выполнения, то поясняются лишь различия.

Соответствующий зубец 1 активной части, согласно второму примеру выполнения, имеет вдоль электрической обмотки 6 и далее увеличивающееся радиально изнутри радиально наружу прохождение в окружном направлении. Например, соответствующий зубец 1 может быть выполнен так, что обмоточная канавка 4 имеет параллельные боковые поверхности. Соответствующая первая открытая выемка 10 проходит в радиальном направлении до соответствующей вершины 14 зуба за электрическую обмотку 6. Это позволяет проводить расположенный в соответствующей первой открытой выемке 10 соответствующий теплопроводящий элемент 11 дополнительно до той поверхности 8 электрической обмотки 6, которая обращена к радиальному раскрыву обмоточной канавки 4. Таким образом, соответствующий теплопроводящий элемент 11 расположен на некоторых участках в радиальном направлении с примыканием на некоторых участках к поверхности 8.

На фиг. 3 показан третий пример выполнения активной части, согласно изобретению. Поскольку активная часть третьего примера выполнения частично аналогична активной части первого примера выполнения, то поясняются лишь различия.

Соответствующий зубец 1 активной части, согласно второму примеру выполнения, имеет вдоль электрической обмотки 6 и далее увеличивающееся радиально изнутри радиально наружу прохождение в окружном направлении. Например, соответствующий зубец 1 может быть выполнен так, что обмоточная канавка 4 имеет параллельные боковые поверхности. Обмоточная канавка 4 закрыта в радиальном направлении с помощью закрывающего канавку клина 9, который расположен относительно электрической обмотки 6 радиально дальше наружу. При этом оба зубца 1 и закрывающий канавку клин 9 выполнены так, что по меньшей мере в радиальном направлении 2 имеется геометрическое замыкание, которое фиксирует закрывающий канавку клин 9 и тем самым электрическую обмотку 6 радиально наружу. Дополнительно к этому, с помощью закрывающего канавку клина 9 можно также фиксировать соответствующий теплопроводящий элемент 11.

Соответствующая первая открытая выемка 10 проходит в радиальном направлении к соответствующей вершине 14 зубца за электрическую обмотку вдоль части обращенной к закрывающему канавку клину 9 стороны соответствующего зубца 1. Также соответствующий, расположенный в соответствующей первой открытой выемке 10 теплопроводящий элемент 11 проходит до соответствующей вершины 14 зубца за электрическую обмотку 6 вдоль части обращенной к закрывающему канавку клину 9 стороны соответствующего зубца 1.

Дополнительно к этому, соответствующий теплопроводящий элемент 11 может быть выполнен так, что соответствующий теплопроводящий элемент 11, как во втором примере выполнения, дополнительно проходит к той поверхности 8 электрической обмотки 6, которая обращена к радиальному раскрыву обмоточной канавки 4. Таким образом, соответствующий теплопроводящий элемент 11 может быть расположен на некоторых участках в радиальном направлении 2 с примыканием к поверхности 8. Тем самым участок соответствующего теплопроводящего элемента 11 может быть расположен между электрической обмоткой 6 и закрывающим канавку клином 9.

Возможно также, что закрывающий канавку клин 9 не предусмотрен и соответствующая первая открытая выемка 10 и/или соответствующий теплопроводящий элемент 11 проходят, тем не менее, в радиальном направлении к соответствующей вершине 14 зуба за электрическую обмотку 6.

На фиг. 4 показан четвертый пример выполнения активной части, согласно изобретению.

Активная часть имеет боковую поверхность 3, из которой выступают в радиальном направлении 2 наружу два зубца 1. Оба зубца 1 имеют каждый магнитопроницаемый материал, при этом между обоими зубцами 1 расположена обмоточная канавка 4, которая проходит вдоль оси 5 вращения активной части. В обмоточной канавке 4 расположена электрическая обмотка 6.

Для улучшения охлаждения активной части соответствующий зубец 1 имеет вторую открытую выемку 20, которая выполнена в виде канавки радиально снаружи в соответствующем зубце 1. Таким образом, соответствующая вторая открытая выемка 20 расположена в плоскости, которая охватывается по существу радиальным направлением 2 и направлением по существу вдоль оси 5 вращения. В соответствующей второй открытой выемке 20 расположен теплопроводящий элемент 21, который имеет теплопроводящий материал, теплопроводность которого больше теплопроводности магнитопроницаемого материала. Соответствующий второй теплопроводящий элемент 21 может быть соединен, например, с помощью клея или с помощью соединения с геометрическим замыканием с соответствующим зубцом 1.

Соответствующая вторая открытая выемка 20 и/или соответствующий теплопроводящий элемент 21 проходит в радиальном направлении 2 предпочтительно к соответствующему основанию 12 зубца на глубину 15, которая соответствует максимально 9/10, в частности 4/5, высоты 13 зубца. При этом глубина измеряется в радиальном направлении 2, исходя от вершины 14 зубца.

Кроме того, соответствующий теплопроводящий элемент 21 проходит в радиальном направлении 2 к соответствующей вершине 14 зубца предпочтительно по меньшей мере до той поверхности 8 электрической обмотки 6, которая обращена к радиальному раскрыву соответствующей обмоточной канавки 4.

Обмоточная канавка 4 закрыта в радиальном направлении 2 с помощью закрывающего канавку клина 9, который относительно электрической обмотки 6 расположен радиально дальше наружу. При этом оба зубца 1 и закрывающий канавку клин 9 выполнены так, что по меньшей мере в радиальном направлении 2 имеется геометрическое замыкание, которое фиксирует закрывающий канавку клин 9 и тем самым также электрическую обмотку 6 радиально наружу. Аналогичным образом, для соответствующей второй открытой выемки 20 и соответствующего расположенного в ней теплопроводящего элемента 21 предусмотрена закрывающая пробка 16, которая служит, в частности, для фиксации соответствующего теплопроводящего элемента 21 с помощью геометрического замыкания в радиальном направлении 2.

В частности, активная часть имеет больше двух зубцов 1, так что имеется несколько обмоточных канавок 4. При этом соответствующая обращенная к обмоточной канавке 4 боковая поверхность 7 зубца предпочтительно выполнена поясненным выше образом, так что предусмотрены соответствующая первая открытая выемка 10 и расположенный в ней теплопроводящий элемент 11. Таким образом, соответствующий зубец 1 выполнен предпочтительно симметричным в окружном направлении.

На фиг. 5 показан пятый пример выполнения активной части, согласно изобретению. Поскольку активная часть пятого примера выполнения частично аналогична активной части четвертого примера выполнения, то поясняются лишь различия.

Соответствующая вторая открытая выемка 30 выполнена в активной части, согласно пятому примеру выполнения, в виде отверстия, которое проходит в радиальном направлении в соответствующий зубец 1. В соответствующей второй открытой выемке 30 расположены соответствующий теплопроводящий элемент 31 и закрывающая пробка 16, которые выполнены согласованно с соответствующим отверстием.

Таким образом, изобретение относится к активной части электрической машины, при этом активная часть имеет по меньшей мере два зубца, которые имеют каждый магнитопроницаемый материал и которые выступают в радиальном направлении из боковой поверхности активной части, и по меньшей мере одну обмоточную канавку, которая расположена между парой по меньшей мере двух зубцов, при этом по меньшей мере одна обмоточная канавка расположена по существу вдоль оси вращения активной части, и при этом электрическая обмотка предназначена для расположения в соответствующей обмоточной канавке. Кроме того, изобретение относится к электрической машине, содержащей такую активную часть. Для улучшения охлаждения активной части экономичным образом предлагается, что активная часть имеет по меньшей мере одну открытую выемку, которая расположена на или в соответствующем зубце в соответствующей плоскости, при этом соответствующая плоскость охватывается по существу радиальным направлением и направлением по существу вдоль оси вращения, и по меньшей мере один теплопроводящий элемент, который по меньшей мере частично расположен в соответствующей открытой выемке и который имеет теплопроводящий материал, теплопроводность которого больше теплопроводности магнитопроницаемого материала.

Изобретение относится области электротехники, в частности к ротору электрической машины. Технический результат – улучшение охлаждения. Ротор содержит по меньшей мере два зубца, имеющих магнитопроницаемый материал, по меньшей мере одну обмоточную канавку, расположенную между зубцами, причем канавка расположена вдоль оси вращения ротора. Электрическая обмотка расположена в обмоточной канавке. Ротор содержит по меньшей мере одну открытую выемку, расположенную в зубце в плоскости, охватываемой по существу радиальным направлением и направлением по существу вдоль оси вращения, и по меньшей мере один теплопроводящий элемент, расположенный в соответствующей открытой выемке и имеющий теплопроводящий материал, теплопроводность которого больше теплопроводности магнитопроницаемого материала. Зубец имеет боковую поверхность, обращенную к обмоточной канавке, а первая открытая выемка расположена на боковой поверхности зубца. Обмоточная канавка выполнена с возможностью закрывания в радиальном направлении клином. 3 н. и 10 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Ротор для электрической машины, при этом ротор содержит:

- по меньшей мере два зубца (1), каждый из которых имеет магнитопроницаемый материал и выступает в радиальном направлении (2) из боковой поверхности (3) ротора, и

- по меньшей мере одну обмоточную канавку (4), которая расположена между парой по меньшей мере двух зубцов (1), при этом по меньшей мере одна обмоточная канавка (4) расположена по существу вдоль оси (5) вращения ротора, и

при этом электрическая обмотка (6) предназначена для расположения в соответствующей обмоточной канавке (4),

- по меньшей мере одну открытую выемку (10, 20, 30), которая расположена на или в соответствующем зубце (1) в соответствующей плоскости,

при этом соответствующая плоскость охватывается по существу радиальным направлением (2) и направлением по существу вдоль оси (5) вращения, и

- по меньшей мере один теплопроводящий элемент (11, 21, 31), который по меньшей мере частично расположен в соответствующей открытой выемке (10, 20, 30) и имеет теплопроводящий материал, теплопроводность которого больше теплопроводности магнитопроницаемого материала,

причем соответствующий зубец (1) имеет, если смотреть в окружном направлении, соответствующую боковую поверхность (7) зубца, которая обращена к соответствующей обмоточной канавке (4),

при этом соответствующая первая открытая выемка (20) расположена, по меньшей мере, на некоторых участках на соответствующей боковой поверхности (7) зубца,

причем соответствующая обмоточная канавка (4) выполнена с возможностью закрывания в радиальном направлении (2) соответствующим закрывающим канавку клином (9), с помощью которого обеспечивается возможность радиальной фиксации электрической обмотки (6), находящейся в соответствующей обмоточной канавке (4),

причем соответствующая первая открытая выемка (20) и/или соответствующий теплопроводящий элемент (11), по меньшей мере, на некоторых участках расположены на стороне соответствующего зубца (1), обращенной к соответствующему закрывающему канавку клину (9).

2. Ротор по п. 1, в котором находящаяся в соответствующей обмоточной канавке (4) и охватываемая ротором электрическая обмотка (6) имеет поверхность (8), которая обращена к радиальному отверстию соответствующей обмоточной канавки (4),

при этом по меньшей мере один теплопроводящий элемент (11) выполнен так, что по меньшей мере один теплопроводящий элемент (11) расположен с примыканием, по меньшей мере, на некоторых участках в радиальном направлении (2) к соответствующей, обращенной к радиальному отверстию поверхности (8) соответствующей электрической обмотки (6).

3. Ротор для электрической машины, при этом ротор содержит:

- по меньшей мере два зубца (1), каждый из которых имеет магнитопроницаемый материал и выступает в радиальном направлении (2) из боковой поверхности (3) ротора, и

- по меньшей мере одну обмоточную канавку (4), которая расположена между парой по меньшей мере двух зубцов (1), при этом по меньшей мере одна обмоточная канавка (4) расположена по существу вдоль оси (5) вращения ротора, и

при этом электрическая обмотка (6) предназначена для расположения в соответствующей обмоточной канавке (4),

- по меньшей мере одну открытую выемку (10, 20, 30), которая расположена на или в соответствующем зубце (1) в соответствующей плоскости,

при этом соответствующая плоскость охватывается по существу радиальным направлением (2) и направлением по существу вдоль оси (5) вращения, и

- по меньшей мере один теплопроводящий элемент (11, 21, 31), который по меньшей мере частично расположен в соответствующей открытой выемке (10, 20, 30) и имеет теплопроводящий материал, теплопроводность которого больше теплопроводности магнитопроницаемого материала,

причем соответствующая вторая открытая выемка (20, 30) выполнена в виде канавки или в виде отверстия, которое выполнено в радиальном направлении в соответствующем зубце (1).

4. Ротор по п. 3, который имеет по меньшей мере одну закрывающую пробку (16), с помощью которой обеспечивается возможность закрывания соответствующей второй открытой выемки (20, 30).

5. Ротор по любому из пп. 1-4, который выполнен в виде массивного ротора электрической машины.

6. Ротор по любому из пп. 1-5, в котором по меньшей мере два зубца (1) выступают радиально наружу из боковой поверхности (3),

при этом соответствующий зубец (1) имеет, по меньшей мере, вдоль электрической обмотки увеличивающееся радиально изнутри радиально наружу расширение в окружном направлении.

7. Ротор по любому из пп. 1-6, в котором по меньшей мере два зубца (1) выступают, исходя из соответствующего основания (12) зубца, на длину высоты (13) зубца до соответствующей вершины (14) зубца, радиально из боковой поверхности (3),

при этом соответствующая открытая выемка (10, 20, 30) и/или соответствующий теплопроводящий элемент (11, 21, 31) проходит в радиальном направлении (2) к соответствующему основанию (12) зубца в соответствующий зубец (1) на глубину (15), которая соответствует максимально 9/10, в частности максимально 4/5, высоты (13) зубца.

8. Ротор по любому из пп. 1-7, в котором по меньшей мере два зубца (1) выступают, исходя из соответствующего основания (12) зубца, на длину высоты (13) зубца до соответствующей вершины (14) зубца, радиально из боковой поверхности (3),

при этом соответствующая открытая выемка (10, 20, 30) и/или соответствующий теплопроводящий элемент (11, 21, 31) проходит в радиальном направлении (2) к соответствующей вершине (14) зубца, по меньшей мере, до той поверхности (8) находящейся в обмоточной канавке (4) электрической обмотки (6), которая обращена к радиальному отверстию соответствующей обмоточной канавки (4).

9. Ротор по любому из пп. 1-8, в котором теплопроводящий материал содержит медь или алюминий.

10. Ротор по любому из пп. 1-9, в котором соответствующий теплопроводящий элемент (11, 21, 31) соединен с геометрическим замыканием или с замыканием по материалу с соответствующим зубцом (1).

11. Ротор по любому из пп. 1-10, в котором соответствующий теплопроводящий элемент (11, 21, 31) соединен с соответствующим зубцом (1) с помощью клея.

12. Ротор по любому из пп. 1-11, в котором теплопроводность теплопроводящего материала по меньшей мере в пять раз больше, предпочтительно по меньшей мере в восемь раз больше, теплопроводности магнитопроницаемого материала.

13. Электрическая машина, содержащая ротор по любому из пп. 1-12.