БАРАБАН С ПОСТОЯННЫМИ МАГНИТАМИ С ВОЗДУШНЫМ ОХЛАЖДЕНИЕМ Российский патент 2023 года по МПК H02K1/20 H02K5/18 

Область техники

Настоящее изобретение относится к области техники рассеивания тепла в электрических машинах, и, в частности, оно относится к барабану с постоянными магнитами с воздушным охлаждением.

Уровень техники

Существует множество форм конструкций для рассеивания тепла в электрических машинах, и в основном они выполнены с водяным охлаждением и воздушным охлаждением, но для рассеивания тепла воздушным охлаждением статора электрической машины с внешним ротором все же в основном применяется приваривание к внутренней стенке статора охлаждающих ребер; поскольку во время сварки в кольцевую внутреннюю стенку статора часто нелегко вставить сварочную горелку, то часто, чтобы сварочную горелку можно было ввести внутрь, промежутки между охлаждающими ребрами будут соответственно увеличены, что ограничивает количество привариваемых охлаждающих ребер, и фактическое количество часто будет меньше, чем оптимальное количество, что не позволяет получить хорошего эффекта рассеивания тепла.

В документе CN108539889A раскрыта конструкция для воздушного охлаждения ротора синхронной электрической машины с постоянными магнитами, в которой используется равномерное распределение воздухонаправляющих каналов в направлении окружности внутри корпуса электрической машины и снаружи водяного канала в корпусе электрической машины, при этом в воздухонаправляющем канале расположены 2-6 охлаждающих ребер, предназначенных для рассеивания тепла в электрической машине с внутренним ротором; поскольку количество охлаждающих ребер является небольшим, эффект рассеивания тепла является недостаточным.

Суть изобретения

Цель настоящего изобретения заключается в решении указанных выше проблем и в предоставлении барабана с постоянными магнитами с воздушным охлаждением, для получения которого не нужна сварка и который содержит конструкцию для рассеивания тепла со множеством теплорассеивающих поверхностей.

Предложенное техническое решение следующее: барабан с постоянными магнитами с воздушным охлаждением, который содержит узел статора, при этом узел статора содержит конструкцию 2 для рассеивания тепла; конструкция 2 для рассеивания тепла содержит стальной цилиндр 4 и охлаждающие ребра 3, при этом внутренняя стенка стального цилиндра 4 снабжена установочными пазами 7, при этом форма выемки установочного паза 7 выполнена изменяющейся для обеспечения прижимного контакта с боковой поверхностью охлаждающего ребра 3. Форма охлаждающего ребра 3 может быть волнообразной, V-образной, зубовидной; вышеуказанные формы способствуют увеличению площади теплорассеивающей поверхности, а волнообразная форма способствует вентиляции.

Предпочтительно охлаждающие ребра 3 установлены в установочных пазах 7 путем заклепывания, при этом охлаждающее ребро 3 одной торцевой поверхностью находится в контакте с нижней поверхностью установочного паза 7, и охлаждающее ребро 3 и боковая поверхность установочного паза 7 находятся во взаимном контакте.

Предпочтительно на внутренней стенке стального цилиндра 4 рядом с установочным пазом 7 образована область 12 вдавливания. После заделки в установочный паз 7 охлаждающего ребра 3, за счет сжатия в результате известного из уровня техники заклепывания рядом с выемкой установочного паза 7 образована область 12 вдавливания, что позволяет установочному пазу 7 деформироваться с получением формы, как у паза в виде ласточкина хвоста, с большой нижней частью и маленькой выемкой, и тем самым обеспечивается прочное закрепление охлаждающего ребра 3.

Предпочтительно в установочный паз 7 введена теплопроводная силиконовая смазка 8, при этом сначала установочный паз 7 заполняют теплопроводной силиконовой смазкой 8, а затем осуществляют известное из уровня техники заклепывание, и теплопроводная силиконовая смазка 8 после затвердевания может герметично закрывать промежуток, образованный в результате известного из уровня техники заклепывания, тем самым вытесняя воздух для обеспечения лучшей теплопроводности.

Предпочтительно форма установочного паза 7 выбрана из квадратной, или трапециевидной, или шарообразной формы или из комбинации таких форм.

Предпочтительно глубина установочного паза 7 больше чем 4 мм и меньше чем одна треть толщины стенки стального цилиндра 4. Если глубина установочного паза 7 будет слишком большой, то это будет влиять на прочность стального цилиндра 4, а если глубина установки будет слишком маленькой, то это не будет способствовать прочной и стабильной установке охлаждающего ребра 3.

Предпочтительно установочные пазы 7 в направлении окружности равномерно распределены по внутренней стенке стального цилиндра 4.

Предпочтительно стальной цилиндр 4 является цельным или секционированным.

Предпочтительно секционированный цилиндр содержит секторные элементы, и несколько секторных элементов в направлении окружности образуют стальной цилиндр 4.

Предпочтительно конструкция 2 для рассеивания тепла содержит ребро 5 жесткости; несколько ребер 5 жесткости жестко соединены с внутренней стенкой стального цилиндра 4. Предпочтительно узел статора содержит штампованный лист 1, воздухонаправляющий элемент 10 и центральную ось 6; штампованный лист 1 статора и стальной цилиндр 4 соединены горячей посадкой; штампованный лист 1 статора снабжен вырезами, равномерно распределенными по окружности.

Предпочтительно несколько ребер 5 жесткости жестко соединены с центральной осью 6.

Полезные эффекты настоящего изобретения следующие:

Конструкция для рассеивания тепла согласно настоящему изобретению в основном предназначена для узла статора; выполнение на внутренней стенке стального цилиндра установочных пазов для заклепывания охлаждающих ребер может уменьшить количество сварочного материала и использование сварочной горелки во время сварки, чем обеспечивается экологическая безопасность; неиспользование сварочной горелки позволяет не учитывать проблему промежутков между охлаждающими ребрами, и в стальном цилиндре на внутренней стенке можно выполнить много охлаждающих ребер; внутренняя стенка стального цилиндра и охлаждающие ребра служат теплорассеивающими поверхностями; количество равномерно распределенных охлаждающих ребер можно увеличивать на основании фактической потребности в рассеивании тепла, и площадь теплорассеивающей поверхности увеличивается, что непосредственно повышает эффект рассеивания тепла в электрической машине.

Описание прилагаемых графических материалов

На фиг. 1 представлено изображение конструкции установки охлаждающих ребер, известной из уровня техники;

На фиг. 2 представлено изображение конструкции для рассеивания тепла согласно вариантам осуществления настоящего изобретения;

На фиг. 3 представлено изображение конструкции узла статора согласно вариантам осуществления настоящего изобретения;

На фиг. 4 представлено схематическое изображение установочных пазов согласно вариантам осуществления настоящего изобретения;

На фиг. 5 представлено схематическое изображение установки охлаждающих ребер согласно вариантам осуществления настоящего изобретения;

На фиг. 6 представлено схематическое изображение области вдавливания, образованной в результате установки охлаждающего ребра согласно вариантам осуществления настоящего изобретения.

Штампованный лист статора, 1; конструкция для рассеивания тепла, 2; охлаждающее ребро, 3; стальной цилиндр, 4; ребро жесткости, 5; центральная ось, 6; установочный паз, 7; теплопроводная силиконовая смазка, 8; заклепочная головка, 9; воздухонаправляющий элемент, 10; технологическая канавка, 11; область вдавливания, 12.

Конкретные способы осуществления

Ниже со ссылкой на прилагаемые графические материалы более подробно описаны конкретные варианты осуществления настоящего изобретения. Несмотря на то, что в прилагаемых графических материалах показаны конкретные варианты осуществления настоящего изобретения, следует понимать, что настоящее изобретение может быть осуществлено разными способами и не должно ограничиваться вариантами осуществления, рассмотренными в этом документе. Наоборот, эти представленные варианты осуществления предназначены для обеспечения возможности лучшего понимания настоящего изобретения и могут полностью представить объем настоящего изобретения специалистам в данной области техники.

Следует отметить, что в описании и формуле изобретения используются определенные термины для обозначения специальных элементов. Специалистам в данной области техники должно быть понятно, что технические специалисты могут называть одинаковые элементы, используя разные термины. В представленных описании и формуле изобретения различия между элементами не отображаются с помощью разницы в терминах, и в качестве критериев для отображения различий используется разница в функциях элементов. Например, слова «содержит» или «включает», встречающиеся по всему описанию и формуле изобретения, носят открытый характер, поэтому должны пониматься в смысле «без ограничения содержит». Далее в описании представлены предпочтительные способы осуществления для осуществления настоящего изобретения, но целью описанного является изложение в описании общих принципов, а не использование для ограничения объема настоящего изобретения. Объем защиты настоящего изобретения должен определяться прилагаемой формулой изобретения.

На фиг. 1 показана конструкция установки охлаждающих ребер, известная из уровня техники; охлаждающие ребра равномерно распределены и приварены к внутренней стенке стального цилиндра статора, при этом в отношении расстояния L от охлаждающего ребра к охлаждающему ребру следует учесть, что реальная сварочная горелка не может быть слишком маленькой, и L должно составлять 30 мм и более, поэтому количество охлаждающих ребер будет значительно ограничено.

Вариант осуществления 1; согласно этому варианту осуществления предложен снабженный цельным стальным цилиндром барабан с постоянными магнитами с воздушным охлаждением.

Как показано на фиг. 2, конструкция 2 для рассеивания тепла содержит стальной цилиндр 4, квадратные охлаждающие ребра 3 и ребра 5 жесткости; несколько ребер 5 жесткости жестко соединены с внутренней стенкой стального цилиндра 4. При этом внутренняя стенка стального цилиндра 4 снабжена квадратными установочными пазами 7; конструкция установочных пазов 7 такая, как показано на фиг. 4; форма выемки квадратного установочного паза 7 выполнена изменяющейся для обеспечения прижимного контакта с боковой поверхностью охлаждающего ребра 3. Стальной цилиндр 4 представляет собой цельную цилиндрическую конструкцию; установочные пазы 7 в направлении окружности равномерно распределены по внутренней стенке стального цилиндра 4, при этом у установочного паза 7 глубина h составляет 4 мм и более и меньше или равна 1/3 толщины H стенки стального цилиндра 4.

На фиг. 5 представлено схематическое изображение установки охлаждающих ребер 3 согласно варианту осуществления 1 настоящего изобретения; в установочный паз 7 вводят теплопроводную силиконовую смазку 8, при этом сначала в установочный паз 7 вводят теплопроводную силиконовую смазку 8, а затем осуществляют известное из уровня техники заклепывание квадратного охлаждающего ребра 3 в установочный паз 7 посредством заклепочной головки 9; известное из уровня техники заклепывание позволяет получить между установочным пазом 7 и квадратным охлаждающим ребром 3 промежуток, и теплопроводная силиконовая смазка 8 после затвердевания может герметично закрывать промежуток, образованный в результате известного из уровня техники заклепывания, вытесняя при этом воздух для обеспечения лучшей теплопроводности.

Заклепочная головка 9 содержит паз, который по форме соответствует охлаждающему ребру 3, и когда заклепочная головка 9 проталкивается во внутреннюю стенку стального цилиндра, за счет оказания давления заклепочной головкой 9 на участке внутренней стенки стального цилиндра 4 рядом с местом выемки установочного паза 7 образуется область 12 вдавливания, как показано на фиг. 6, при этом образуется дугообразное углубление, что позволяет установочному пазу 7 менять форму на форму, как у паза в виде ласточкина хвоста, с большой нижней частью и маленькой выемкой, и тем самым обеспечивается прочное закрепление охлаждающего ребра 3. Глубина установочного паза 7 составляет 6 мм, что составляет четверть толщины стенки стального цилиндра 4; такая глубина установки как способствует сохранению прочности стального цилиндра 4, так и не влияет на прочность и стабильность установки охлаждающего ребра 3.

Как показано на фиг. 3, узел статора содержит штампованный лист 1 статора, воздухонаправляющий элемент 10 и центральную ось 6; несколько ребер 5 жесткости жестко соединены с центральной осью 6. Штампованный лист 1 статора и стальной цилиндр 4 соединены друг с другом горячей посадкой; штампованный лист 1 статора снабжен вырезами, равномерно распределенными по окружности. Воздухонаправляющий элемент 10 предназначен для соединения вместе охлаждающего вентилятора, неподвижного основания воздушного охлаждения, узла статора и конструкции 2 для рассеивания тепла; воздухонаправляющий элемент получен путем соединения двух кольцевых торцевых поверхностей посредством периферийной поверхности.

В предпочтительном варианте осуществления снаружи узла статора расположен узел ротора; узел ротора двумя сторонами посредством болтов соединен с узлом торцевых крышек; узел торцевых крышек посредством подшипников прочно закреплен на гнездах подшипников на двух сторонах узла статора; кабельный отвод через отверстие для пропускания кабеля в центральной оси 6 введен в узел статора; входной ток генерирует магнитное поле, и тем самым обеспечивается вращение узла ротора.

В этом варианте осуществления заклепывание охлаждающего ребра 3 после установки в выемку может уменьшить большое количество сварочного материала и использование сварочной горелки во время сварки, является экологически безопасным и сокращает затраты на материал и человеческие ресурсы; неиспользование сварочной горелки позволяет не учитывать проблему промежутков между охлаждающими ребрами, и на основании фактических требований в стальном цилиндре на внутренней стенке можно выполнить много охлаждающих ребер, что повысит эффект рассеивания тепла.

Вариант осуществления 2; согласно этому варианту осуществления предложен снабженный секционированным стальным цилиндром барабан с постоянными магнитами с воздушным охлаждением.

Штампованный лист 1 статора установлен на внешней окружности конструкции 2 для рассеивания тепла барабана с воздушным охлаждением, и конструкция 2 для рассеивания тепла в основном состоит из стального цилиндра 4, охлаждающих ребер 3 и ребер 5 жесткости для закрепления; штампованный лист 1 статора получен штамповкой и по периферии снабжен выступами и вырезами, при этом выступы и вырезы расположены с промежутками; штампованный лист 1 статора на внутренней стенке снабжен технологическими канавками 11 для приваривания штампованного листа; штампованный лист 1 статора и стальной цилиндр 4 соединены друг с другом горячей посадкой; охлаждающие ребра 3 равномерно распределены по внутренней стенке стального цилиндра 4; к внутренней стенке стального цилиндра 4 приварены ребра 5 жесткости для закрепления; ребра 5 жесткости для закрепления приварены к центральной оси 6 для закрепления стального цилиндра 4 на центральной оси 6.

Стальной цилиндр 4 имеет цилиндрическую форму и разделен ребрами 5 жесткости для закрепления на шесть равных частей, при этом каждая из равных частей на внутренней стенке снабжена 5 квадратными установочными пазами 7, равномерно распределенными по окружности.

Несколько охлаждающих ребер 3 посредством установочных пазов 7 установлены на внутренней стенке стального цилиндра 4, при этом промежутки в установочных пазах 7 заполнены теплопроводной силиконовой смазкой 8. После заделки в установочный паз 7 охлаждающего ребра 3, за счет оказания давления заклепочной головкой 9 выемка меняет форму на форму, как у паза в виде ласточкина хвоста, с большой верхней частью и маленькой нижней частью, и тем самым обеспечивается прочное закрепление охлаждающего ребра 3.

В предпочтительном варианте осуществления стальной цилиндр 4 является секционированным, при этом секционированный цилиндр содержит секторные элементы, и несколько секторных элементов в направлении окружности образуют стальной цилиндр 4.

Внутренняя стенка стального цилиндра 4 снабжена множеством охлаждающих ребер 3; внутренняя стенка стального цилиндра 4 и охлаждающие ребра 3 служат теплорассеивающими поверхностями, и за счет заклепывания охлаждающих ребер 3 после установки в выемки количество равномерно распределенных охлаждающих ребер 3 можно произвольно увеличивать на основании фактической потребности в рассеивании тепла; секционированный цилиндр по сравнению с цельным стальным цилиндром 4 легче устанавливать или приваривать к охлаждающим ребрам 3; ребра 5 жесткости для закрепления привариваются к секционированному стальному цилиндру 4 более прочно, что обеспечивает лучшую прочность и стабильность.

С помощью рассмотренных выше конкретных вариантов осуществления были более подробно описаны цели, технические решения и полезные эффекты настоящего изобретения; кроме того, следует понимать, что несмотря на то что это описание основано на рассмотрении способов осуществления, вышеуказанные варианты осуществления представлены в качестве примера и не предназначены для ограничения объема защиты настоящего изобретения, поэтому любые изменения, правки, замены и модификации, выполненные средними специалистами в данной области техники в отношении вышеуказанных вариантов осуществления без отступления от принципов и основной идеи настоящего изобретения, должны входить в объем защиты настоящего изобретения.

Изобретение относится к области электротехники. Технический результат – улучшение рассеивания тепла в электрической машине. Барабан с постоянными магнитами с воздушным охлаждением содержит узел статора и конструкцию для рассеивания тепла, содержащую стальной цилиндр и охлаждающие ребра. Стальной цилиндр на внутренней стенке снабжен установочными пазами изменяющейся формы для обеспечения прижимного контакта с боковой поверхностью охлаждающего ребра. Конструкция для рассеивания тепла согласно настоящему изобретению в основном предназначена для узла статора. Выполнение на внутренней стенке стального цилиндра установочных пазов для заклепывания охлаждающих ребер может уменьшить количество сварочного материала и использование сварочной горелки во время сварки, что позволяет не учитывать проблему промежутков между охлаждающими ребрами, и в стальном цилиндре на внутренней стенке можно выполнить много охлаждающих ребер. Поскольку внутренняя стенка стального цилиндра и охлаждающие ребра служат теплорассеивающими поверхностями, то увеличение количества равномерно распределенных охлаждающих ребер позволяет увеличить и площадь теплорассеивающей поверхности, что непосредственно повышает эффект рассеивания тепла в электрической машине. 5 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Барабан с постоянными магнитами с воздушным охлаждением, содержащий узел статора, отличающийся тем, что: узел статора содержит конструкцию (2) для рассеивания тепла; конструкция (2) для рассеивания тепла содержит стальной цилиндр (4) и охлаждающие ребра (3), при этом стальной цилиндр (4) на внутренней стенке снабжен установочными пазами (7), при этом форма выемки установочного паза (7) выполнена изменяющейся для обеспечения прижимного контакта с боковой поверхностью охлаждающего ребра (3) для уменьшения промежутков между охлаждающими ребрами и увеличения площади теплорассеивающей поверхности; форма охлаждающего ребра (3) является волнообразной для увеличения площади теплорассеивающей поверхности; установочный паз (7) выполнен с возможностью деформации с получением формы, как у паза в виде ласточкина хвоста, с большой нижней частью и маленькой выемкой; стальной цилиндр (4) является секционированным, при этом секционированный цилиндр содержит секторные элементы, и несколько секторных элементов в направлении окружности образуют стальной цилиндр (4);

на внутренней стенке стального цилиндра (4) рядом с установочным пазом (7) образована область (12) вдавливания;

в установочный паз (7) введена теплопроводная силиконовая смазка (8);

глубина установочного паза (7) больше, чем 4 мм и меньше, чем одна треть толщины стенки стального цилиндра (4);

конструкция (2) для рассеивания тепла содержит ребра (5) жесткости; несколько ребер (5) жесткости жестко соединены с внутренней стенкой стального цилиндра (4).

2. Барабан с постоянными магнитами с воздушным охлаждением по п. 1, отличающийся тем, что охлаждающие ребра (3) установлены в установочных пазах (7) путем заклепывания, при этом охлаждающее ребро (3) одной торцевой поверхностью находится в контакте с нижней поверхностью установочного паза (7), и охлаждающее ребро (3) и боковая поверхность установочного паза (7) находятся во взаимном контакте.

3. Барабан с постоянными магнитами с воздушным охлаждением по п. 1, отличающийся тем, что форма установочного паза (7) выбрана из квадратной, или трапециевидной, или шарообразной формы, или из комбинации таких форм.

4. Барабан с постоянными магнитами с воздушным охлаждением по п. 3, отличающийся тем, что установочные пазы (7) в направлении окружности равномерно распределены по внутренней стенке стального цилиндра (4).

5. Барабан с постоянными магнитами с воздушным охлаждением по п. 4, отличающийся тем, что узел статора содержит штампованный лист (1) статора, воздухонаправляющий элемент (10) и центральную ось (6); штампованный лист (1) статора и стальной цилиндр (4) соединены горячей посадкой; штампованный лист (1) статора снабжен вырезами, равномерно распределенными по окружности.

6. Барабан с постоянными магнитами с воздушным охлаждением по п. 5, отличающийся тем, что несколько ребер (5) жесткости жестко соединены с центральной осью (6).