Электрическая машина Советский патент 1944 года по МПК H02K1/20 

Охлаждение современных электрических машин часто осуществляется с помощью аксиальных вентиляционных каналов, расположенных в статорах и роторах. В существующих мащинах аксиальные каналы применяются почти исключительно круглой фармы и располагаются по одной или нескольким концентрически расположенным окружностям так, чтобы каналы располагались в щахматном порядке (фиг. 1 прилагаемого чертежа).

Круглая форма каналов является, несмотря на её повсеместное применение (из-за простоты щтампов), с точки з рения теплопередачи от железа к воздуху наименее выгодной. Круг представляет фигуру, которая при одинаковой площади с другими обладает наименьшим периметром. Следовательно, тепловой поток с поверхности каналов (число ватт, приходящихся на 1 см поверхности канала) будет максимальным и даст максимальный поверхностный перегрев.

Кроме теплового потока на величину поверосностного перегрева влияет турбулентность воздуха: чем выше турбулентность воздуха, тем

меньше поверхностный перегрев. И с этой точки зрения круглые каналы являются самыми невыгодными, поскольку турбулентность воздуха является при круглых каналах минимальной.

Третьим фактором, влияющим на величину поверхностного перегрева, является скорость воздуха: чем выше скорость воздуха, тем меньше величина поверхностного перегрева, и в этом отнощении круглая фо(рма каналов является наиболее невыгодной, как дающая при одном и том же расходе воздуха (или иной охлаждающей среды) и одной и той же поверхности охлаждения каналов минимальную скорость воздуха в канале. При выполнении вентиляционных каналов, согласно настоящему изобретению, при одном и том же расходе воздуха можно было бы, например, при поверхности охлаждения каналов, значительно большей по сравнению с круглыми каналами, иметь скорость воздуха значительно большую, чем в круглых каналах; при этом и турбулентность воздуха была бы выше, чем в круглых каналах.

Применение круглых каналов невыгодно ещё с точки зрения получающихся при этих каналах путей для магнитного и теплового потоков в железе статора и ротора. При наличии к|руглых каналов, расположенных по нескольким концентрическим окружностям в щахматном порядке, магнитное сопротивление промежутков между отверстиями оказывается значительным, что влечёт за собой увеличение числа ампервиткоБ, необходимых для проведения магнитного потока. Так как тепловой поток проходит по тем же путям, что и магнитный, то значительное тепловое сопротивление даёт повышенный перепад температуры в железе, повыщая таким образом перегрев обмотки статора и ротора. Применение каналов предлагаемой формы и расположения одновременно с уменьщением поверхностного пе|регрева приводит к уменьшению перегрева в железе, снижая при этом число ампервитков, потребное на проведение потока через спинку железа.

Следует отметить также и то обстоятельство, ЧТО применение кругJtbix аксиальных каналов требует дорогостоящей сверловки в нажимиых плитках, стягивающих железо статара или ротора. Узкие промежутки между отверстиями {для случая расположения каналов на нескольких концентрических окружностях в шахматном порядке) не дают возможности собирать нажимные плиты из отдельных секторов. Предлагаемые форма и расположение каналов обеспечивают и с этой точки зрения наиболее простой в технологическом отношении метод изготовления нажимных плит, допуская применение сва1р«ых из отдельных элементов нажимных плит, обеспечивающих достаточную механическую прочность как в отношении сжатия спинки железа, так и зубцов.

Согласно настоящему изобретению, предлагается аксиальные вентиляционные каналы, имеющие удлинённое поперечное сечение, располагать так, чтобы больЩая ось (прямолинейная или криволинейная) сечения канала была наклонена под некоторым углом к радиусу штамповки железа.

Наклонные аксиальные KaHavibi (оси которых расположены под некоторым углом к радиусу штамповки железа статора или ротора), прямолинейные (фиг. 2) и криволинейные (фиг. 3), лишены вышеуказанных недостатков круглых каналов. Эти наклонные аксиальные вентиляционные каналы вместе с тем обладают следующим основным преимуществом: употребление наклонных аксиальных каналов даёт возможность с большой гибкостью при проектировании машины подобрать наивыгоднейшее соотношение между сечением каналов и их поверхностью, причём магнитное сопротивление промежутков между двумя каналами, а также тепловое сопротивление оказываются значительно меньшими, чем при круглых каналах.

Из большого многообразия форм наклонных аксиальных каналов, (прямоугольные, трапецеидальные, параллелограммообразные - с прямолинейной осью; постоянной и пе|ременной ширины - с криволинейной осью) два типа каналов представляются особенно интересными: 1) криволинейные каналы (с переменным углом наклона), отличающиеся тем, что ширина сечения как канала, так « промежутка между ними остаётся постоянной (фиг. 3) и 2) крИВОл инейные каналы с постоянным углол4 наклона в 90°,. представляющие части колец с центром в центре штамповки железа статора или ротора; оси последних каналов представляют дуги концентрических окружностей с центром в центре щтамповки железа (фиг. 4).

Метод построения каналов с постоянной шириной сечения канала и промежутка между каналами следующий. Задавшись числом каналов и общей шириной канала и промежутка между каналами, определяем по наружной окружности, огибающей каналы, точки а и Ь, отвечающие соответствующим боковым линиям двух смежных каналов (фиг. 5). Такими точками будут смежные точки, делящие окружность на число частей, равное числу каналов. Из точки а проводим окружность радиусом ас, равным сумме ширины канала и промежутка между каналами. Из точки b проводим касательную к этой окружности с точкой касання с. Из центра о радиусом ос проводим оК|ружность, на которой из точки а радиусом be засекаем дугу в точке d.

Построение продолжаем для точек с i d таким же образом, как для точек а и и, а именно: из точки d проводим окружность радиусом dc, равным постояиной ширине канала с промежутком; из точки с проводим касательную к этой окружности в точке е; из точки о радиусом ое проводим окружность, из которой засечкой из точки d радиусом се получаем точку /. Построение для точек е и / продолжаем таким же образом, как и для точек а и b или с и d. С; ед«няя точки а, d и f или Ь, с к е плавной кривой получае.м искомое очертание криволинейного канала.

Расположение каналов под углом к радиусу штамповки является сушественным отличием предлагаемой системы геометрии: каналов от известных из vHHTepaTypbi систем с п)рямоугольными, трапецеидальными и т. п. каналами.

Если взять два канала с прямолинейными осями, один в виде прямоугольника с осевой линией, расположенной по радиусу штамповки, другой в виде параллелограмма с тем же основанием и с той же высотой (считая по радиусу штамповки), но с осью, расположенной под углом к радиусу, то оба канала будут иметь одну и ту же площадь сечения, но периметр второго канала будет больше. Отсюда уже вытекает неравенство тепловых потоков и поверхностных перепадов. Этим предлагаемые наклонные каналы отличаются от известных каналов, имеющих оси, совпадающие с радиусолг штамповки.

Что же касается магнитного сопротивления, обусловленного системой наклонных аксиальных каналов, то оно будет меньше, чем при применении современных круглых или квадратных каналов. Причина заключается в следующем. Соотношение между потерями, выделяемыми в статоре и роторе современной электрической машины, и её нагревом таково, что спинка бывает изрешечена несколькими рядами круглых каналов (высота спинки ие может быть увеличена из-за получающегося громадного увеличения конструктивного веса машины). Магнитное сопротивление перешейков получается весьма большим. В случае применения наклонных каналов магнитные зубцы, получающиеся между каналами, даже при одной и той же площади, занятой каналалп-i, получаются большей ширины, чем при круглых каналах, что связано с уменьшением индукции в этой части магнитопровода. Получающееся при этом у.меньшение а.мперЕитков перекрывает увеличение длины магнитной линии, которое может получиться при значительных наклонах аксиальных каналов. Так получается, если исходить из равенства площадей каналов - круглых и наклонных.

Преимущество наклонных каналов выявится ещё больше, если учесть возможность уменьшения в ётодг случае площади сечения каналов.

Действительно, при круглых каналах невозможно уменьшать площадь сечения каналов из-за одновременного уменьшения теплоотдающей поверхности каналов. В случае наклонных каналов это у.меньшение возможно при одновремен ном увеличении скорости охлаждающей среды (сохраняя расход oxv aждaющeгo агента) и увеличении теплоотдающей поверхности каналов. В этом случае сечение магнитных зубцов получается еще большим и выигрьгш в ампервитках ешё более значительным. Приведённые соображения особенно наглядны -при рассмотрении предельного