Индуктор электрической машины Советский патент 1992 года по МПК H02K3/46 H02K9/20 H02K55/02 

Изобретение относится к электрическим машинам, в частности к Лндукторам криогенной электрической машины с гиперпроводниковой обмоткой возбуждения.

Известен индуктор электрической машины, в котором с целью уменьшения массогабаритных показателей используется охлаждение активных частей водородом, а обмотка выполнена из чистого алюминия.

Полюсные катушки обмотки имеют плоскую форму и намотаны ленточным проводником в один ряд. Между витками проводников в катушке проложены изоляционные прокладки, которые своими промежутками образуют каналы для прохода жидкого водорода, охлаждающего обмотку.

В известном индукторе на верхние витки обмотки при вращении действует нагрузка от центробежных сил от всех витков обмотки. Вследствие низких механических свойств материала проводника обмотки это ограничивает радиальный размер катушек. Это сдерживает увеличение частоты вращения индуктора и диаметра его активной части.

Известен индуктор электрической машины, принятый за прототип.

Индуктор снабжен установленными на валу, в зоне лобовых и пазовых частей обмотки, опорными гребенками, между которыми уложены витки обмотки с образованием каналов для прохода хладагента, а в ферромагнитных сердечниках выполнены в шахматном порядке по длине и высоте сердечника поперечные канавки для размещения кольцевых бандажей, охватывающих слои обмотки.

Известный индуктор имеет эффективную систему охлаждения обмотки возбуждения. Гиперпроводниковая обмотка по ее высоте механически разгружена от собственных центробежных сил путем ее послойного бандажирования.

Наряду с этим указанный индуктор имеет следующий недостаток. Эффективная система охлаждения о§1иотки возбуждения достигается за счет значительного уменьшения сечения силовой части зубцовой зоны элементов размещения обмотки, необходимой для передами крутящего момента и удержания катушек обмотки при их взаимодействии в магнитном поле, что приводит к снижению надежности.

Целью изобретения является повышение надежности индуктора электрической машины путем увеличения прочности элементов размещения обмотки.

На фиг. 1 изображен индуктор электрической машины, общий вид; на фиг.2, 3 изображены соответственно лобовая и активная части обмотки возбуждения с элементами ее размещения; на фиг.4, 5 изображены в аксонометрии элементы каркаса для активной и лобовой частей обмотки возбуждения; на фиг.6, 7 изображена полюсная часть каркаса с обмоткой, в двух проекциях.

Индукто0 электрической машины содержит обмотку 1, выполненную.из гиперпроводника, например из сверхчистого алюминия, еал 2 с ферромагнитными сердечниками 3, наружную обечайку-криостат 4, каркас 5 для размещения активной части обмотки, состоящий из цилиндрического основания 6 с радиальными каналами У для циркуляции хладагента и продольных волнообразных ребер 8, каркас 9 для размещения лобовой части обмотки, состоящий из цилиндрического основания 10с радиальными каналами 11 для циркуляции хладагента и кольцевых волнообразных ребер 12. Волнообразные ребра и боковые поверхности витков обмотки образуют радиальный канал 13. являющийся продолжением канала 7 или 11 и обеспечивающий циркуляцию хладагента по всем слоям каркаса, Вал ротора содержит канал 14 подачи хладагента

в жндуктор, коллектор 15 и каналы 16 раздачи хладагента, каналы 17 сбора и каналы 18 выхода хладагента.

Из фиг.7 видно размещение каналов в

шахматном порядке, образованных волнообразными ребрами и торцевыми поверхностями обмотки.

Высота ребер каркасов вылолнена равной величине уложенных, между ними слоев

обмотки, чтобы проводники не были пережаты при монтаже наружной обечайкой и не имели зазора в пазах по их высоте, что может влиять на виброактивность индуктора. При вращении индуктора внутренние

каркасы в поле центробежных сил действуют собственной силой на внешние обечайки и все вместе на наружную обечайку, при этом каждый слой обмотки, уложенный в пазы и ограниченный по высоте поверхностьЮ смежного с ним каркаса или наружной обечайкой, подвержен только собственным центробежным силам и не имеет первоначального напряженного состояния при изготовлении индуктора как, например, при

послойном бандажировании в прототипе.

В рабочем состоянии при вращающемся индукторе в канал 14, расположенный в центре вала 2, подается жидкий хладагент, который за счет центробежных сил попадает в коллектор 15, затем в каналы 16 раздачи хладагента. Обмотка возбуждения 1. по каналамТЗ прохода хладагента под действием центробежных сил заполняется хладагентом по всей высоте и этот уровень поддерживается на всем протяжении работы индуктора. Хладагент, соприкасаясь в каналах 13 с большей частью открытой боковой поверхности обмотки 1, отводит тепло, выделяемое обмоткой, обеспечивая равномернее температурное состояние обмотки {поддерживая постоянным удельное сопротивление при данной температуре). Образующиеся при этом пары хладагента подаются в каналы 17 сбора хладагента и

отводятся из индуктора по каналу 18 выхода хладагента.

Предлагаемое техническое решение позволяет по сравнению с прототипом повысить надежность индуктора за счет

увеличения прочности элементов размещения обмотки возбуждения путем выполнения их каркасами, а силовой части этого каркаса - непрерывными по длине волнообразными ребрами, что позволяет увеличить

сечение силовой части (ребер).

Формула изобретения Индуктор электрической машины, содержащий вал с ферромагнитными сердечниками полюсов, гиперпроводниковую

многослойную обмотку врзбуждения с элементами размещения этой обмотки, расположенную концентрично относительно ферромагнитных сердечников, каналы для прохода хладагента и наружную обечайку, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности путем увеличения прочности элементов размещения обмотки, каждый ряд многослойной обмотки расположен в каркасе, выполненном из изоляционного материала и состоящем из цилиндрического основания и продольных волнообразных ребер в активной части ротора и кольцевых волнообразных ребер в лобовой части, причем основание каждого Последующего в радиальном направлении каркаса расположено на вершинах ребер предыдущего каркаса, высота ребра каркаса выбрана не меньше высоты слоя обмотки, уложенной в этот каркас, а волнообразные ребра образуют с обмоткой каналы, расположенные в шахматном порядке вокруг каж0дого ребра, и в основании каркаса выполнены радиальные отверстия, образующиеся с каналами в ребрах радиальные каналы циркуляции хладагента.

Изобретение относится к электрическим машинам, в частности к индукторам криогенной электрической машины с гиперпроводниковой обмоткой возбуждения. Целью изобретения является повышение надежности индуктора путем увеличенияпрочности элементов размещения обмотки. Индуктор электрической машины содержит обмотку, вал ферромагнитный, сердечник, обечайку-каркас, каркас из изоляционного материала для размещения активной части обмотки, состоящий из цилиндрического основания с радиальными каналами для цир- куляц-ии хладагента и продольных волнообразных ребер, каркас из изоляционного материала для размещения лобовых частей обмотки, состоящий из цилиндрического основания с радиальными каналами для циркуляции х_ладагента и кольцевых волнообразных ребер. Волнообразные ребра и боковые поверхности витков обмотки образуют радиальный канал, являющийся продолжением канала или обеспечивающий циркуляцию хладагента ко всем слоям каркаса. Данное техническое решение позволяет повысить надежность индуктора за счет увеличения прочности элементов размещения обмотки возбуждения. 7 ил.слс

15 1 -2 1 vi™ J 44 4 i.-/ / фиг,:з Вануум

8

rJ.