ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ МАШИНА С УСОВЕРШЕНСТВОВАННЫМ ОТВОДОМ ТЕПЛОВЫХ ПОТЕРЬ Российский патент 2020 года по МПК H02K9/04 H02K1/32 H02K1/20 H02K5/20 B61F3/00 

Изобретение относится к электрической машине, причем электрическая машина содержит ротор, расположенный на валу, причем вал ротора установлен в подшипниках, так что ротор вместе с валом ротора может вращаться вокруг оси вращения, причем ротор радиально снаружи окружен статором, а статор радиально снаружи - корпусом, причем на первом и втором осевых концах ротора и статора расположены первая и вторая крышки, посредством которых ротор и статор капсулированы от окружающего электрическую машину пространства, причем в корпусе или между корпусом и статором расположены аксиально проходящие первые охлаждающие каналы.

Изобретение относится также к ходовой части рельсового транспортного средства, в частности тележке, причем ходовая часть содержит раму, причем в раме установлена ось колесной пары, так что ось колесной пары может вращаться вокруг своей оси, причем в раме, если смотреть в направлении движения ходовой части, перед или за осью колесной пары закреплена электрическая машина, причем вал ротора электрической машины через редуктор действует на ось колесной пары.

Описанные выше объекты общеизвестны.

У подвергаемых интенсивной эксплуатации капсулированных электрических машин с воздушным охлаждением требуется интенсивный отвод тепла от активных частей (от ротора и статора) через максимально большие поверхности.

В уровне техники у таких капсулированных электрических машин внутри капсулирования часто имеется внутренний контур охлаждения, посредством которого возникающее в роторе тепло и частично также возникающее в лобовой части обмотки статора тепло отводится на статор. Сам статор охлаждается за счет того, что на одном аксиальном конце охлаждающий воздух подается в аксиально проходящие охлаждающие каналы, а на другом аксиальном конце он выходит из них. Охлаждающие каналы проходят по внешней периферии статора, т.е. радиально наружу.

Электрические машины из уровня техники работают уже довольно хорошо. Однако они еще способны к усовершенствованию.

Задача изобретения заключается в создании возможностей, которые позволили бы оптимизировать отвод возникающих в электрических машинах тепловых потерь.

Эта задача решается посредством электрической машины, охарактеризованной признаками п. 1 формулы изобретения. Предпочтительные варианты выполнения электрической машины раскрыты в зависимых п. 2-9 формулы изобретения.

Согласно изобретению, электрическая машина описанного выше рода характеризуется тем, что

- первая крышка радиально снаружи и аксиально на обращенной там от ротора и статора стороне окружена воздухонаправляющим элементом, а вторая крышка радиально снаружи и аксиально на обращенной там от ротора и статора стороне - внутренним кольцевым элементом,

- в корпусе или между корпусом и статором дополнительно к первым охлаждающим каналам расположены аксиально проходящие вторые охлаждающие каналы, а в валу ротора и/или в роторе - аксиально проходящие каналы ротора,

- корпус имеет радиально снаружи воздухозаборник, через который к первым охлаждающим каналам подается поток охлаждающего воздуха,

- по меньшей мере, часть потока охлаждающего воздуха подается по первым охлаждающим каналам к воздухонаправляющему элементу или в промежуток между первой крышкой и воздухонаправляющим элементом, там отклоняется радиально внутрь, затем по каналам ротора подается к внутреннему кольцевому элементу или в промежуток между второй крышкой и внутренним кольцевым элементом, там отклоняется радиально наружу и подается ко вторым охлаждающим каналам, затем посредством вторых охлаждающих каналов аксиально направляется через электрическую машину и, наконец, выходит в окружающее электрическую машину пространство.

За счет этого могут лучше охлаждаться, в частности, вал ротора, а через вал ротора - сам ротор.

Число первых и вторых охлаждающих каналов можно определить по потребности. Поэтому использование большого числа первых и вторых охлаждающих каналов следует понимать в родовом смысле. Как минимум имеются, однако, по меньшей мере, один первый и, по меньшей мере, один второй охлаждающие каналы. Аналогичные рассуждения относятся к каналам ротора. Название каналов ротора как таковых служит лишь для различения первых и вторых охлаждающих каналов и для пояснения того, что каналы ротора являются составными частями вала ротора и/или ротора. Другое значение не подходит к выбору слов.

Во многих случаях корпус имеет, если смотреть перпендикулярно оси вращения, квадратный внешний контур. В этом случае преимущественно первые охлаждающие каналы расположены, по меньшей мере, в одной боковой зоне внешнего контура, в частности точно в одной боковой зоне внешнего контура. В этой боковой зоне в этом случае находится также воздухозаборник. Вторые охлаждающие каналы в случае квадратного внешнего контура расположены преимущественно в угловых зонах внешнего контура. Квадратный внешний контур имеет, разумеется, четыре угловые зоны. Число угловых зон, в которых расположены вторые охлаждающие каналы, может составлять, при необходимости, 1, 2, 3 или 4.

В одном особенно предпочтительном варианте внутренний кольцевой элемент радиально снаружи, по меньшей мере, на части периферии окружен внешним кольцевым элементом. В этом случае в корпусе или между корпусом и статором дополнительно расположены также аксиально проходящие третьи охлаждающие каналы. За счет этого другая часть потока охлаждающего воздуха подается к внешнему кольцевому элементу или в промежуток между корпусом и внешним кольцевым элементом, там тангенциально отклоняется и подается к третьим охлаждающим каналам. Посредством третьих охлаждающих каналов эта часть потока охлаждающего воздуха направляется затем аксиально через электрическую машину, прежде чем она выйдет в окружающее электрическую машину пространство.

Внешний кольцевой элемент в отдельном случае может полностью проходить вокруг внутреннего кольцевого элемента. Однако во многих случаях предпочтительно, если внешний кольцевой элемент, если смотреть от оси вращения, проходит только по угловому диапазону около 180° или менее, в частности около 90° или около 45°. Поэтому угловые диапазоны указаны со словом «около», поскольку на практике они должны быть чуть больше соответственно указанного угла, чтобы, если смотреть в направлении периферии вокруг оси вращения, перекрывать не только угловые диапазоны между третьими охлаждающими каналами, но и дополнительно также третьи охлаждающие каналы.

Также число третьих охлаждающих каналов можно определить по потребности. Поэтому использование большого числа третьих охлаждающих каналов - аналогично первым и вторым охлаждающим каналам - следует понимать в родовом смысле. Как минимум в этом варианте имеется, однако, по меньшей мере, один третий охлаждающий канал.

По меньшей мере, одна из крышек преимущественно жестко закреплена на роторе. Следовательно, она жестко закреплена на роторе или на валу ротора. За счет этого можно снабдить соответствующую крышку на внешней стороне подающими элементами (например, лопатками и т.п.). Поскольку при работе электрической машины вал ротора вращается, крышка действует благодаря этому в качестве вентилятора, который поддерживает воздушный поток через вал ротора. При необходимости, при выходе из строя внешнего вентилятора может поддерживаться даже аварийный режим. В случае наличия внутреннего воздушного контура этот внутренний воздушный контур может поддерживаться подающими элементами на внутренней стороне соответствующей крышки.

Преимущественно воздухонаправляющий элемент и/или внутренний кольцевой элемент удерживают соответственно один из подшипников. Следовательно, воздухонаправляющий элемент и/или внутренний кольцевой элемент выполнены преимущественно в виде подшипниковых щитов электрической машины. За счет этого можно упростить конструкцию электрической машины.

Предпочтительно воздухонаправляющий элемент и/или внутренний кольцевой элемент состоят из алюминия или алюминиевого сплава, т.е. сплава различных металлов, в которых алюминий образует главный компонент. Алюминий имеет относительно высокую прочность и в то же время высокую теплопроводность. За счет этого дополнительно за счет теплоотвода через каналы ротора и вторые и, при необходимости, также третьи охлаждающие каналы тепло может отводиться в окружающее электрическую машину пространство также через воздухонаправляющий элемент и/или внутренний кольцевой элемент. При необходимости, также внешний кольцевой элемент по аналогичным причинам может состоять из алюминия или алюминиевого сплава.

Воздухозаборник расположен преимущественно на верхней стороне корпуса. Это предпочтительно, в частности, по конструктивным причинам.

Преимущественно крышки состоят из алюминия, меди или алюминиевого или медного сплава, т.е. сплава различных металлов, в которых алюминий или медь образует главный компонент или содержит блоки из этих материалов. Такие материалы имеют высокую теплопроводность, так что они действуют в качестве дополнительного прямого теплообменника между ротором и/или статором, с одной стороны, и потоком охлаждающего воздуха, с другой стороны. При необходимости, крышки могут дополнительно иметь увеличивающие поверхность элементы, например, штифты или охлаждающие ребра.

Задача изобретения решается также посредством ходовой части рельсового транспортного средства, охарактеризованной признаками п. 10 формулы. Предпочтительные варианты выполнения ходовой части являются объектом зависимых пп. 11, 12 формулы изобретения.

Согласно изобретению, ходовая часть описанного выше рода характеризуется тем, что электрическая машина выполнена в виде предложенной электрической машины.

В сочетании с квадратным внешним контуром электрической машины преимущественно, по меньшей мере, в нижней из обеих обращенных к валу колесной пары угловых зон расположены вторые охлаждающие каналы. Если электрическая машина имеет третьи охлаждающие каналы, то они расположены преимущественно, по меньшей мере, в верхней из обеих обращенных от вала колесной пары угловых зон. Благодаря этим выполнениям предложенная электрическая машина может использоваться без уменьшения ее дорожного просвета до основания, по которому движется ходовая часть.

Описанные выше свойства, признаки и преимущества этого изобретения, а также то, как они достигаются, становятся более понятными в связи с нижеследующим описанием примеров его осуществления, более подробно поясняемых со ссылкой на чертежи, на которых представлено следующее:

- фиг. 1: полуразрез электрической машины;

- фиг. 2: увеличенный по сравнению с фиг. 1 полный разрез;

- фиг. 3: перспективный вид воздухонаправляющего элемента;

- фиг. 4: разрез воздухонаправляющего элемента по фиг. 3;

- фиг. 5: перспективный вид внутреннего кольцевого элемента;

- фиг. 6: разрез внутреннего кольцевого элемента по фиг. 3;

- фиг. 7: вид электрической машины по фиг. 2 в направлении А на фиг. 2;

- фиг. 8: перспективный вид корпуса электрической машины по фиг. 2;

- фиг. 9: ходовая часть рельсового транспортного средства в направлении IX-IX на фиг.10;

- фиг. 10: ходовая часть по фиг. 9 на виде сверху.

На фиг. 1 и 2 электрическая машина 1 содержит ротор 2. Ротор 2 расположен на валу 3. Вал 3 ротора установлен в подшипниках 4. За счет этого ротор 2 вместе с валом 3 может вращаться вокруг оси R вращения.

Используемые ниже термины «аксиально», «радиально» и «тангенциально» всегда отнесены к оси R вращения. «Аксиально» - это направление параллельно оси R вращения. «Радиально» - это направление перпендикулярно оси R вращения к ней или от нее. «Тангенциально» - это направление, ориентированное перпендикулярно как осевому направлению, так и перпендикулярно радиальному направлению. Следовательно, «тангенциально» - это направление, которое в постоянном осевом положении и на постоянном радиальном расстоянии от оси R вращения направлено кругообразно вокруг оси R вращения.

Ротор 2 радиально снаружи окружен статором 5. Между ротором 2 и статором 5 имеется воздушный зазор 6 (показан только на фиг. 1). В свою очередь, статор 5 радиально снаружи окружен корпусом 7.

В отношении электрического взаимодействия ротора 2 и статора 5 электрическая машина может быть выполнена по потребности. Речь может идти об асинхронной машине, синхронной машине или о машине постоянного тока. Часто речь идет о возбуждаемой постоянными магнитами синхронной машине обычно с 6-12 полюсами. У таких машин ярма ротора 2 и статора 5 могут быть выполнены относительно низкими.

На первом осевом конце ротора 2 и статора 5, далее называемом А-стороной, расположена первая крышка 8. Посредством первой крышки 8 ротор 2 и статор 5 на А-стороне капсулированы от окружающего электрическую машину 1 пространства. Аналогичным образом на втором осевом конце ротора 2 и статора 5, далее называемом В-стороной, расположена вторая крышка 9. Посредством второй крышки 9 ротор 2 и статор 5 на В-стороне капсулированы от окружающего электрическую машину 1 пространства. Крышки 8, 9 могут быть выполнены, например, в виде дисков. В случае необходимости для герметизации в соответствии с изображением на фиг. 1 дополнительно могут быть предусмотрены первый 10 и второй 11 уплотнительные элементы, например, соответственно в виде лабиринтного уплотнения. Крышки 8, 9 преимущественно жестко закреплены на роторе 2, т.е. вращаются вместе с ним. Однако, в принципе, возможно также жесткое закрепление на статоре 5. Такие капсулирования ротора 2 и статора 5 специалистам общеизвестны. Поэтому капсулирование подробно не поясняется.

Первая крышка 8 радиально снаружи и аксиально на обращенной от ротора 2 и статора 5 стороне окружена воздухонаправляющим элементом 12. На фиг. 3 изображен перспективный вид воздухонаправляющего элемента 12, а на фиг. 4 - его разрез. Вторая крышка 9 радиально снаружи и аксиально на обращенной от ротора 2 и статора 5 стороне окружена внутренним кольцевым элементом 13. На фиг. 5 изображен перспективный вид внутреннего кольцевого элемента 13, а на фиг. 6 - его разрез. Воздухонаправляющий 12 и внутренний кольцевой 13 элементы могут состоять, в принципе, из любых материалов. В частности, они могут состоять из стали. Однако преимущественно воздухонаправляющий 12 и/или внутренний кольцевой 13 элементы состоят из алюминия или алюминиевого сплава.

Электрическая машина 1 имеет первые охлаждающие каналы 14. Они расположены относительно далеко радиально снаружи и проходят аксиально. В данном случае они выполнены в корпусе 7. В качестве альтернативы они могут быть образованы промежутками между корпусом 7 и статором 5. Следовательно, первые охлаждающие каналы 14 расположены в корпусе 7 или между корпусом 7 и статором 5. Они закрыты тангенциально, а радиально закрыты, кроме зоны воздухозаборника 15. Поток 16 охлаждающего воздуха, подаваемый к первым охлаждающим каналам 14 через воздухозаборник 15, может выходить из первых охлаждающих каналов 14, следовательно, только на их осевых концах, но не в радиальном или тангенциальном направлении.

Корпус 7 имеет далее радиально снаружи упомянутый воздухозаборник 15. Если смотреть в осевом направлении, то он расположен преимущественно приблизительно посередине между обоими концами ротора 2 и статора 5. Через воздухозаборник 15 к первым охлаждающим каналам 14, например, посредством вентилятора (не показан), также подается уже упомянутый поток 16 охлаждающего воздуха. В качестве альтернативы поток 16 охлаждающего воздуха или его соответствующую часть можно было бы подавать в промежуток между первой крышкой 8 и воздухонаправляющим элементом 12. Там поток 16 охлаждающего воздуха или его соответствующая часть отклоняется радиально внутрь. Затем он/она подается через вал 3 ротора к В-стороне. Для этой цели вал 3 ротора может быть выполнен, например, в виде полого вала, содержащего внешний бандаж 17, ступицу 18 и спицы 19 между ними. Если смотреть в осевом направлении, то спицы 19 могут быть сплошными или, как на фиг. 2, могут быть расположены только с заданными осевыми интервалами. Возможны и другие выполнения, в которых в валу 3 ротора выполнены, например, расточки и т.п. Каналы 20 ротора могут быть в качестве альтернативы образованы также промежутками между ротором 2 и валом 3 или могут быть расположены в самом роторе 2. Однако в любом случае в валу 3 и/или в роторе 2 расположены аксиально проходящие каналы 20, по которым поток 16 охлаждающего воздуха или его соответствующая часть направляется к В-стороне.

На В-стороне поток 16 охлаждающего воздуха или его соответствующая часть подается к внутреннему кольцевому элементу 13. Внутри него поток 16 охлаждающего воздуха или его соответствующая часть отклоняется радиально наружу и подается ко вторым охлаждающим каналам 21. Внутренний кольцевой элемент 13 может иметь, например, внутреннее кольцевое пространство 22, которое через соответствующую прорезь 23 сообщен с соответствующим вторым охлаждающим каналом 21. На фиг. 5 лишь в одном углу имеется единственная прорезь 23. Однако прорези 23 могут быть также в нескольких углах. Соединение прорези 23 с кольцевым пространством 22 на фиг. 5 скрыто. Однако оно есть.

На фиг. 3, 4 вверху видно, например, входное отверстие для потока 16 охлаждающего воздуха или его соответствующей части, по которому поток 16 охлаждающего воздуха или его соответствующая часть подается в расположенное под входным отверстием кольцевое пространство. Далее на обращенной стороне в угловых зонах видны охлаждающие ребра. Они представляют собой продолжение вторых и/или третьих охлаждающих каналов 21, 25. Вторые и/или третьи охлаждающие каналы 21, 25 как таковые более подробно поясняются ниже.

В качестве альтернативы ведению потока 16 охлаждающего воздуха или его соответствующей части через внутренний кольцевой элемент 13 возможно, чтобы поток 16 охлаждающего воздуха или его соответствующая часть подавался/подавалась во внутреннее пространство между второй крышкой 9 и внутренним кольцевым элементом 13, а ведение потока 16 охлаждающего воздуха или его соответствующей части происходило через этот промежуток.

Аналогично первым охлаждающим каналам 14 вторые охлаждающие каналы 21 расположены относительно далеко радиально снаружи и проходят аксиально. В данном случае они выполнены в корпусе 7. В качестве альтернативы они могут быть образованы промежутками между корпусом 7 и статором 5. Следовательно, вторые охлаждающие каналы 21 расположены в корпусе 7 или между корпусом 7 и статором 5. Они закрыты тангенциально и радиально. Следовательно, охлаждающий воздух, находящийся во вторых охлаждающих каналах 21, может выходить из них только на их осевых концах, но не в радиальном или тангенциальном направлении. Поток 16 охлаждающего воздуха или его соответствующая часть направляется, тем самым, посредством вторых охлаждающих каналов 21 аксиально через электрическую машину 1. После этого поток 16 охлаждающего воздуха или его соответствующая часть выходит в окружающее электрическую машину 1 пространство.

На фиг. 1-6 изображены также различные предпочтительные выполнения электрической машины 1. В частности, внутренний кольцевой элемент 13 (фиг. 7) окружен радиально снаружи внешним кольцевым элементом 24. В некоторых случаях внешний кольцевой элемент 24, если смотреть в тангенциальном направлении, может проходить вокруг внутреннего кольцевого элемента 13. Во многих случаях, однако, в соответствии с фиг. 7 достаточно и нередко даже предпочтительно, если внешний кольцевой элемент 24 проходит в тангенциальном направлении только по угловому диапазону α около 180° или менее, в частности около 90° или около 45°. Это будет видно из нижеследующих рассуждений. Из этих рассуждений будет также видно, что угловой диапазон α, как правило, будет составлять немного больше 180°, немного больше 90° или немного больше 45°. При необходимости, внешний кольцевой элемент 24 может образовать с внутренним кольцевым элементом 13 единый узел. Например, внутренний 13 и внешний 24 кольцевые элементы могут быть изготовлены в виде цельной отливки.

При наличии внешнего кольцевого элемента 24 имеются также третьи охлаждающие каналы 25. По своему расположению и функции они соответствуют вторым охлаждающим каналам 21. Следовательно, они расположены также относительно далеко радиально снаружи, проходят аксиально и закрыты тангенциально и радиально. В данном случае они выполнены в корпусе 7. В качестве альтернативы они могут быть образованы промежутками между корпусом 7 и статором 5. Следовательно, третьи охлаждающие каналы 25 расположены в корпусе 7 или между корпусом 7 и статором 5. Благодаря тому обстоятельству, что третьи охлаждающие каналы 25 закрыты тангенциально и радиально, охлаждающий воздух, находящийся в них, может выходить из них только на их осевых концах, но не в радиальном или тангенциальном направлении. На фиг. 5 видно, например, входное отверстие для соответствующей части 16b потока 16 охлаждающего воздуха. Далее в трех углах видны не обозначенные ссылочными позициями прорези, по которым соответствующая часть 16b потока 16 охлаждающего воздуха подается к третьим охлаждающим каналам 25. Соединения этих прорезей с входным отверстием для соответствующей части 16b потока 16 охлаждающего воздуха на фиг. 5 скрыты. Однако они есть.

При наличии внешнего кольцевого элемента 24 и третьих охлаждающих каналов 25 лишь часть потока 16 охлаждающего воздуха направляется по первым охлаждающим каналам 14, каналам 20 ротора и вторым охлаждающим каналам 21. Остальная часть 16b потока 16 охлаждающего воздуха подается по первым охлаждающим каналам 14 непосредственно к В-стороне. На В-стороне соответствующая часть 16b потока 16 охлаждающего воздуха подается к внешнему кольцевому элементу 24. В нем соответствующая часть 16b потока 16 охлаждающего воздуха отклоняется к третьим охлаждающим каналам 24 и подается к третьим охлаждающим каналам 25. Посредством третьих охлаждающих каналов 25 соответствующая часть 16b потока 16 охлаждающего воздуха направляется аксиально через электрическую машину 1. Затем она выходит в окружающее электрическую машину 1 пространство.

В качестве альтернативы ведению соответствующей части 16b потока 16 охлаждающего воздуха через внешний кольцевой элемент 24 возможна подача соответствующей части 16b потока 16 охлаждающего воздуха в промежуток между корпусом 7 и внешним кольцевым элементом 24, и ведение соответствующей части 16b потока 16 охлаждающего воздуха происходит через этот промежуток.

На практике корпус 7 (фиг. 7, 8) нередко имеет квадратный внешний контур. В этом случае первые охлаждающие каналы 14 расположены, по меньшей мере, в одной боковой зоне 26 внешнего контура, большей частью даже только в одной боковой зоне 26. В частности, они расположены в той боковой зоне 26, где находится также воздухозаборник 15. Последний независимо от наличия квадратного внешнего контура расположен, как правило, на верхней стороне корпуса 7. В угловых зонах 27 внешнего контура первые охлаждающие каналы 14, напротив, не расположены.

Вторые охлаждающие каналы 21 и, в случае наличия, также третьи охлаждающие каналы 25 расположены, напротив, в угловых зонах 27 внешнего контура. В боковых зонах 26 вторые охлаждающие каналы 21 и, при необходимости, также третьи охлаждающие каналы 25, напротив, не расположены. В случае наличия только вторых охлаждающих каналов 21 во всех четырех угловых зонах 27 могут быть расположены соответственно один или несколько вторых охлаждающих каналов 21. В случае наличия как вторых 21, так и третьих 25 охлаждающих каналов, как правило, в каждой угловой зоне 27 расположены либо вторые 21, либо третьи 25 охлаждающие каналы, однако не смешанно. Однако в редких исключительных случаях целесообразно также такое смешанное расположение.

Следовательно, преимущественно в одной из угловых зон 27 расположены исключительно вторые охлаждающие каналы 21, а в другой - исключительно третьи охлаждающие каналы 25. Обе эти угловые зоны 27 в соответствии с фиг. 7, 8, как правило, диаметрально противоположны друг другу. В обеих других угловых зонах 27, при необходимости, могут быть расположены либо вторые 21, либо третьи 25 охлаждающие каналы. Если в соответствии с фиг. 7 вторые охлаждающие каналы 21 расположены только в одной угловой зоне 27, а третьи охлаждающие каналы 25 - в трех угловых зонах 27, то внешний кольцевой элемент 24 проходит в тангенциальном направлении преимущественно по угловому диапазону α около 180°. Если в двух угловых зонах 27 расположены вторые охлаждающие каналы 21, а в двух угловых зонах 27 - третьи охлаждающие каналы 25, то внешний кольцевой элемент 24 проходит в тангенциальном направлении преимущественно по угловому диапазону α около 90°. Если вторые охлаждающие каналы 21 расположены в трех угловых зонах 27, а третьи охлаждающие каналы 25 - только в одной угловой зоне 27, то внешний кольцевой элемент 24 проходит в тангенциальном направлении преимущественно по угловому диапазону α около 45°. Соответственно указанный угловой диапазон α 180°, 90° или 45° будет, как правило, немного превышен, а именно на угол β1, который, если смотреть от оси R вращения, третьи охлаждающие каналы 25 соответственно перекрывают в каждой из угловых зон 27, при случае включительно на половину угла β2, который, если смотреть от оси R вращения, перекрывают первые охлаждающие каналы 14 в одной из боковых зон 26.

Крышки 8, 9 выполнены преимущественно из алюминия, меди или содержащего один из этих металлов сплава. За счет этого они - дополнительно к поверхностям вала 3 ротора и статора 5, вдоль которых текут потоки 16, 16а, 16b охлаждающего воздуха, могут служить в качестве теплообменников. То же самое происходит, если крышки 8, 9 состоят, например, правда, в основном, из чугуна, однако содержат блоки из этих материалов.

Следовательно, через крышки 8, 9 из капсулированного пространства, в котором находятся ротор 2 и статор 5, может дополнительно отводиться тепло. При необходимости, для усиления функции теплообменников крышки 8, 9 могут содержать дополнительные элементы, которые увеличивают их поверхность. Примерами таких элементов являются штифты и охлаждающие ребра.

Воздухонаправляющий элемент 12 и внутренний кольцевой элемент 13 могут быть самостоятельными элементами, которые, кроме выведения потока 16 охлаждающего воздуха, не выполняют никакую другую функцию. Однако преимущественно воздухонаправляющий элемент 12 и/или внутренний кольцевой элемент 13 на фиг. 1, 2 удерживают соответственно один из подшипников 4. В этом случае воздухонаправляющий элемент 12 и/или внутренний кольцевой элемент 13, при необходимости, узел из внутреннего 13 и внешнего 24 кольцевых элементов выполнены в виде подшипниковых щитов электрической машины 1, или наоборот, подшипниковые щиты электрической машины 1 выполняют функцию воздухонаправляющего элемента 12 и/или внутреннего кольцевого элемента 13.

Как было упомянуто выше, электрическая машина 1, согласно изобретению, имеет универсальное применение. Однако во многих случаях электрическая машина 1, согласно изобретению, в соответствии с фиг. 9, 10 является составной частью ходовой части 28 рельсового транспортного средства. На фиг. 9 ходовая часть 28 изображена в направлении IX-IX (фиг. 10). Направление IX-IX совпадает с направлением А на фиг. 2. На фиг. 10 ходовая часть 28 изображена при виде сверху.

Ходовая часть 28 может быть, в частности, тележкой. Ходовая часть 28 содержит на фиг. 10 раму 29. В раме установлена ось 30 колесной пары. Ось 30 колесной пары вращается вокруг своей оси W. Посредством расположенных на оси 30 колес 31 ходовая часть 28 может, тем самым, двигаться по основанию 32 (в частности, рельсам) в направлении х движения.

Как правило, в раме 28 установлены несколько осей 30 колесных пар. В раме, согласно изобретению, речь идет, однако, только об оси 30 колесной пары, приводимой электрической машиной 1. Поэтому другие оси 30 колесных пар на фиг. 9, 10 не показаны.

Если смотреть в направлении х движения, то электрическая машина 1 закреплена в раме 29 перед или за осью 30 колесной пары. Ось R вращения электрической машины 1 проходит на фиг. 9, 10 параллельно оси W оси 30 колесной пары. В качестве альтернативы она может образовать с осью W также угол, в частности перпендикулярно оси W. Даже если ось R вращения образует с осью W угол, ось R вращения проходит, по меньшей мере, как правило, горизонтально. Вал 3 ротора действует через редуктор 33 на ось 30 колесной пары. Возможная муфта на фиг. 9, 10 не показана. Следовательно, электрическая машина 1 является тяговым приводом рельсового транспортного средства. Редуктор 33 включает в себя в простейшем случае лишь зубчатое колесо, жестко расположенное на валу 3 ротора, и зубчатое колесо, жестко расположенное на оси 30 колесной пары, причем оба зубчатых колеса находятся в зацеплении между собой. Редуктор 33 может быть выполнен также более сложным.

В случае, если корпус 7 электрической машины 1 имеет описанный выше квадратный внешний контур, а в угловых зонах 27 расположены вторые 21 и третьи 25 охлаждающие каналы, на фиг. 9 в нижней из обеих обращенных к оси 30 колесной пары угловых зон 27 расположены вторые охлаждающие каналы 21. В верхней из обеих обращенных от оси 30 колесной пары угловых зон 27 расположены, напротив, третьи охлаждающие каналы 25. В обеих других концевых зонах 27 могут быть расположены, при необходимости, вторые 21 или третьи 25 охлаждающие каналы.

Резюмируя вышесказанное, можно констатировать, что содержанием изобретения является следующее.

Электрическая машина 1 содержит на валу 3 ротор 2. Вал 3 ротора установлен в подшипниках 4, так что ротор 2 и его вал 3 могут вращаться вокруг оси R вращения. Ротор 2 радиально снаружи окружен статором 5, а статор 5 - корпусом 7. На осевых концах ротора 2 и статора 5 расположены крышки 8, 9, посредством которых ротор 2 и статор 5 капсулированы от окружающего электрическую машину 1 пространства. Крышка 8 радиально снаружи и аксиально на обращенной там от ротора 2 и статора 5 стороне окружена воздухонаправляющим элементом 12, а крышка 9 - внутренним кольцевым элементом 13. В корпусе 7 или между корпусом 7 и статором 5 расположены аксиально проходящие первые 14 и вторые 21 охлаждающие каналы. В валу 3 ротора и/или в роторе 2 расположены аксиально проходящие каналы 20 ротора. Корпус 7 имеет радиально снаружи воздухозаборник 15, через который к первым охлаждающим каналам 14 подается поток 16 охлаждающего воздуха. Поток 16 охлаждающего воздуха или, по меньшей мере, его часть 16а подается по первым охлаждающим каналам 14 к воздухонаправляющему элементу 12 или в промежуток между крышкой 8 и воздухонаправляющим элементом 12, там отклоняется радиально внутрь, затем подается по каналам 20 ротора к внутреннему кольцевому элементу 13 или в промежуток между крышкой 9 и внутренним кольцевым элементом 13, там отклоняется радиально наружу, подается ко вторым охлаждающим каналам 21, а затем посредством вторых охлаждающих каналов 21 направляется аксиально через электрическую машину 1. Наконец он/она выходит в окружающее электрическую машину 1 пространство.

Изобретение обладает многими преимуществами. В частности, за счет того, что удаление тепла от ротора 2 и статора 5 происходит как через вал 3 ротора, так и через корпус 7, возможен очень эффективный теплоотвод. Это возможно за счет соответствующего увеличения используемых для теплопередачи поверхностей. Подшипники 4 в тепловом отношении хорошо развязаны от горячих активных частей (ротор 2 и статор 5).

Хотя изобретение было подробно описано предпочтительным примером его осуществления, оно не ограничено раскрытыми примерами, и специалист может вывести из них другие варианты, не выходя за объем охраны изобретения.

Изобретение относится к области электротехники. Технический результат – улучшение отвода тепловых потерь. Электрическая машина (1) содержит ротор (2), который радиально снаружи окружен статором (5), а статор (5) - корпусом (7). На осевых концах ротора (2) и статора (5) расположены крышки (8, 9), посредством которых ротор (2) и статор (5) капсулированы от окружающего пространства. Крышка (8) радиально снаружи и аксиально на обращенной от ротора (2) и статора (5) стороне окружена воздухонаправляющим элементом (12), а крышка (9) - внутренним кольцевым элементом (13). В корпусе (7) или между корпусом (7) и статором (5) расположены аксиально проходящие первые (14) и вторые (21) охлаждающие каналы. В валу (3) ротора и/или в роторе (2) расположены аксиально проходящие каналы (20) ротора. Поток (16) охлаждающего воздуха подается по первым охлаждающим каналам (14) к воздухонаправляющему элементу (12) или в промежуток между крышкой (8) и воздухонаправляющим элементом (12), отклоняется радиально внутрь, подается по каналам (20) ротора к внутреннему кольцевому элементу (13) или в промежуток между крышкой (9) и внутренним кольцевым элементом (13), отклоняется радиально наружу, подается ко вторым охлаждающим каналам (21). 2 н. и 10 з.п. ф-лы, 10 ил.

1. Электрическая машина, содержащая ротор (2), расположенный на валу (3),

- причем вал (3) ротора установлен в подшипниках (4), при этом ротор (2) вместе с валом (3) ротора выполнен с возможностью вращения вокруг оси (R) вращения,

- причем ротор (2) радиально снаружи окружен статором (5), а статор (5) радиально снаружи - корпусом (7),

- причем на первом и втором осевых концах ротора (2) и статора (5) расположены первая и вторая крышки (8, 9), посредством которых ротор (2) и статор (5) капсулированы от окружающего электрическую машину пространства,

- причем первая крышка (8) радиально снаружи и аксиально на обращенной от ротора (2) и статора (5) стороне окружена воздухонаправляющим элементом (12), а вторая крышка (9) радиально снаружи и аксиально на обращенной от ротора (2) и статора (5) стороне - внутренним кольцевым элементом (13),

- причем в корпусе (7) или между корпусом (7) и статором (5) расположены аксиально проходящие первые и вторые охлаждающие каналы (14, 21), а в валу (3) ротора и/или в роторе (2) - аксиально проходящие каналы (20) ротора,

- причем корпус (7) имеет радиально снаружи воздухозаборник (15), через который к первым охлаждающим каналам (14) подается поток (16) охлаждающего воздуха,

- причем, по меньшей мере, часть (16а) потока (16) охлаждающего воздуха подается по первым охлаждающим каналам (14) к воздухонаправляющему элементу (12) или в промежуток между первой крышкой (8) и воздухонаправляющим элементом (12) и отклоняется радиально внутрь, затем по каналам (20) ротора подается к внутреннему кольцевому элементу (13) или в промежуток между второй крышкой (9) и внутренним кольцевым элементом (13) и отклоняется радиально наружу и подается ко вторым охлаждающим каналам (21), затем посредством вторых охлаждающих каналов (21) аксиально направляется через электрическую машину и выходит в окружающее электрическую машину пространство.

2. Электрическая машина по п. 1, отличающаяся тем, что корпус (7) имеет, при рассмотрении перпендикулярно оси (R) вращения, квадратный внешний контур, первые охлаждающие каналы (14) расположены, по меньшей мере, в одной боковой зоне (26) внешнего контура, в частности точно в одной боковой зоне (26) внешнего контура, при этом вторые охлаждающие каналы (21) расположены в угловых зонах (27) внешнего контура.

3. Электрическая машина по п. 1 или 2, отличающаяся тем, что внутренний кольцевой элемент (13) радиально снаружи, по меньшей мере, на части периферии окружен внешним кольцевым элементом (24), в корпусе (7) или между корпусом (7) и статором (5) расположены аксиально проходящие третьи охлаждающие каналы (25), при этом другая часть (16b) потока (16) охлаждающего воздуха подается к внешнему кольцевому элементу (24) или в промежуток между корпусом (7) и внешним кольцевым элементом (24), там тангенциально отклоняется и подается к третьим охлаждающим каналам (25) и посредством третьих охлаждающих каналов (25) направляется аксиально через электрическую машину, после чего выходит в окружающее электрическую машину пространство.

4. Электрическая машина по п. 3, отличающаяся тем, что внешний кольцевой элемент (24), если смотреть от оси (R) вращения, проходит по угловому диапазону (α) около 180° или менее, в частности около 90° или около 45°.

5. Электрическая машина по одному из предыдущих пунктов, отличающаяся тем, что, по меньшей мере, одна из крышек (8, 9) жестко закреплена на роторе (2).

6. Электрическая машина по любому из пп. 1-5, отличающаяся тем, что воздухонаправляющий элемент (12) и/или внутренний кольцевой элемент (13) удерживают соответственно один из подшипников (4).

7. Электрическая машина по любому из пп. 1-6, отличающаяся тем, что воздухонаправляющий элемент (12) и/или внутренний кольцевой элемент (13) состоят из алюминия или алюминиевого сплава.

8. Электрическая машина по любому из пп. 1-7, отличающаяся тем, что воздухозаборник (15) расположен на верхней стороне корпуса (7).

9. Электрическая машина по любому из пп. 1-8, отличающаяся тем, что крышки (8, 9) состоят из алюминия, меди или алюминиевого или медного сплава или содержат блоки из этих материалов.

10. Ходовая часть рельсового транспортного средства, в частности тележка, содержащая раму (29),

- причем в раме (29) установлена ось (30) колесной пары, при этом ось (30) колесной пары выполнена с возможностью вращения вокруг своей оси (W),

- причем в раме (29), при рассмотрении в направлении (х) движения, перед или за осью (30) колесной пары закреплена электрическая машина (1),

- причем вал (3) ротора электрической машины (1) выполнен с возможностью взаимодействия с осью (30) колесной пары через редуктор (33),

отличающаяся тем, что электрическая машина (1) выполнена в виде электрической машины по любому из пп. 1-9.

11. Ходовая часть по п. 10, отличающаяся тем, что корпус (7) электрической машины (1), при рассмотрении перпендикулярно оси (R) вращения, имеет квадратный внешний контур, при этом, по меньшей мере, в нижней из обеих обращенных к оси (30) колесной пары угловых зон (27) расположены вторые охлаждающие каналы (21).

12. Ходовая часть по п. 11, отличающаяся тем, что электрическая машина (1) имеет третьи охлаждающие каналы (25), при этом третьи охлаждающие каналы (25) расположены, по меньшей мере, в верхней из обеих обращенных от оси (30) колесной пары угловых зон (27).