Электрическая машина Советский патент 1983 года по МПК H02K9/197 H01L39/02 

Изобретение относится к области электромашиностроения, в частности к электрическим машинам со сверхпроводниковой обмоткой.

Известна электрическая машина, содержащая ротор, статор и индуктор выполненнЕлй из сверхпроводникового атериала и охлаждаемый жидким хладагентом f ij .

Индуктор размещен внутри криостата, окруженного монолитной цилиндрической оболочкой из ферромагнитного материала, служащей экраном.

Недостатком такой машины является его малая эксплуатационная надежность, так как вибрация, передаваемая на криостат, ведет к выкипанию жидкого хладагента и неустойчи,вости работка сверхпроводникрвой обмотки .

Известна также электрическая машина, содержащая сердечник ротора : и статор, включакидий корпус с торцо выми элементами, сердечник с обмоткой из проводниковой нормальной проводимости, сверхпроводниковую обмотку и расположенный между сердечниками статора и ротора криостата, в котором, размещена сверхпроводниковая обмотка 2.

Наличие механической связи ротора и криостата через элементы конструкции машины, ведущее к значительным вибрациям криостата, недостаточная эффективность охлаждения приводят к снижению эксплуатационной надежности электрической машины.

Целью изобретения является повышение эксплуатационной надежности электрической машины.

Цель достигается тем, что криостат закреплен на статоре с образова нием зазора между наружной поверхностью криостата и сердечником статора, причем машина может быть снабжена торцовыми кожухами, образующими с торцовыми элементами корпуса каналы, торцовыми щитами, образующими входные каналы для хладагента, и перегородками, соединякядими кожухи с сердечником ротора, корпус выполнен с входными отверстиями в нижней части, сердечники статора и ротора выполнены с рсщиальными каналами, торцовые элементы корпуса имеют окна, соединяющие радиальные каналы сердечника статора с кан;алами Между кожухами и торцовыми элементами корпуса, радиальные каналы сердечника ротора выполнены сообщающимися с одной стороны с входными каналами торцовых щитов, а с другойс каналами между кожухами и торцовыми элементами корпуса.

На фиг. 1 изображена предлагаемая машина, продольный разрез; на фиг. 2 - то же и схема распределения потоков хладагента по контурам охлаждения ротора и статора; на фиг. 3 - машина, вид сверху.и схема распределения потоков нагретого воздуха в кожухах; на фиг. 4 - машина, поперечный разрез и схема распределения потоков хладагента в статоре машины.

Электрическая машина содержит сердечник 1 ротора, статор 2, включающий корпус 3 с торцовыми элементами 4, сердечник 5 с обмоткой 6 из проводников нормальной проводимости, сверхпроводниковую обмотку 7 и расположенный между сердечниками 5

5 и 1 криостат 8, в котором размещена сверхпроводниковая обмотка 7, Криостат 8 закреплен на с таторе 2 с образованием зазора 9 между наружной .поверхностью 10 криостата 8 и сер0 дечником-5, который обеспечивается Ъосадочными местами в узлах крепле-.

ния криостата 8. Торцовые кожухи 11 образуют с элементами 4 корпуса 3 каналы 12. Торцовые щиты 13 образуют

5 входные канешы 14 для хладагента, а перегородки 15 соединяют кожухи 11 с сердечником 1. Корпус 3 выполнен с входными отверстиями 16 в нижней части.

0 Сердечники 1 и 5 имеют радиальные кансшы 17 и 18. Элементы 4 корпуса . 3 имеют окна 19, соединяющие каналы 18 сердечника 5 с каналами 12. Каналы Jl 7 выполнены сообщающимися с од5 иой стороны с каналами 14, а с другой - с каналами 12.

Электрическое питание и подвод жидкого хладагента в криостат 8 осуществляется через горловину 20, расположенную параллельно продольной оси машины в торце криостата 8.

Крепление криостата 8 непосредственно на корпусе статора 2 уменьшает передачу вибраций на криостат, что уменьшает выкипание жидкого хладагента, а также повышает устойчи-, вость работы сверхпроводниковой обмотки, увеличивая надежность работы машины.

Конструктивно в машине образованы

два независимых контура охлаждения. Первый .контур охлаждения ротора образован кожухами 11 подачи холодного воздуха, перегородками 15, пространством между корпусами 21 и . сердечником 1, каналами 17 сердечника 1, воздушным зазором 22 между сердечником 1 и оболочкой криостата 8, каналами между лобовыми частями секций обмотки 23 ротора и кожухами

0 11 отвода нагретого воздуха.

Второй контур охлаждения статора 2 образован пространством между корпусом этого статора и сердечником 5, каналами 18, воздушным зазором 9,

5 каналами между лобовыми частями секций обмотки 6, окнами 19 и кожухами 11 отвода нагретого воздуха. Контуры охлаждения разделены криостатами и имеют только общие кожухи 11 отвода нагретого воздуха. При входе в машину потока охлаждающего воздуха разделяется на три параллельных потока 24, 25 и 26. Контур охлаждения ротора имеет на входе два независимых потока 24 и 25 холодного воздуха с передней и задней частей машины, которые посредством кожухов 11 и перегородок 15 направлены аксиально и встречно друг другу и объединяются в простра стве между корпусом.21 и сердечником 1. Из этого пространства охлаждающий воздух проходит -через каналы 17 за счет их вентиляторного эффек- та и напора внешнего вентилятора. Выведенный из этих каналов поток нагретого воздуха в зазоре 22 разделяются на два потока, один из которых направляется к передней части машины, а другой - к задней ее част При прохождении через зазор 22 нагретый воздух этих потоков охлаждается, соприкасаясь с холодной поверхностью оболочки криостата 8. ; После этого промежуточного охлаждения потоки проходят через лобовые части обмотки 23 и выходят в кожухи 11 отвода нагретого воздуха, расположенные с передней и задней частей корпуса статора 2. Контур охлаждения статора 2 имее на входе поток 26 охлаждающего воздуха, поданный в нижнюю часть корпуса 3, Этот поток через пространст во между сердечником 5 и этим корпу сом проходит в каналы 18, охлаждает сердечник 5 и пазовую часть обмотки 6 и выходит в зазор 9, где, как и в первом контуре, он подразделяется на два потока, направленных аксиально в разные стороны. При прохождении по зазору 9 нагретый воздух этих потоков охлаждается, соприкасаясь с холодной поверхностью оболочки криостата 8. После этого промежуточного охлаждения потоки проходят через лобовые части обмотки 6 и выходят через окна 19 и кожухи 11. В последних объединяются потоки нагретого воздуха систем охлаждения ротора и статорГа, выведенные из соответствующих сторон (и ашины. . Выполнение двух независимых контуров охлаждения устраняет теплообмен между обмотками статора и ротора через поток охлаждающего воздуха, что обеспечивает лучшее охлаждение обмоток. Разделение контуров криостата, наружная оболочка которого имеет температуру ниже температуры охлаждающего воздуха, приводит к промехсуточному охлаждению нагретого воздуха на поверхности холодной оболочки криостата, что обеспечивает большую интенсивность охлаждения. Встречное направление потоков охлаждающего воздуха в радиальных каналах сердечников статора и ротора, параллельное соединение контуров охлаждение и их разделение на параллельные ветви значительно снижает аэродинамическое сопротивление машины, что позволяет устанавливать нагнетательные вентиляторы низкого давления как более надежные, и упрощают конструкцию машины.

/б

24

//

13//

-fj

1. ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ МАШИНА, содержащая сердечник ротора и статор, включанвдий корпус с торцовьоми элементами, сердечник с обмоткой из проводников нормальной проводимости , сверхпроводниковую обмотку и расположенный между сердечниками статора и ротора криостат, в котором размещена сверхпроводниковая обмотка, отличающаяся тем, что, с целью повышения эксплу }: тационной надежности, криостат закреплен на статоре с образованием зазора между наружной поверхностью криостата и сердечником статора. 2. Электрическая машина по п. 1, отличающаяся тем, что она снабжена торцовыми кожухами, образующими с торцовыми элементами корпуса каналы, торцовыми щитами, образующими входные каналы для хладагента, и перегородками, соединяющими кожухи с сердечником ротора, корпус выполнен с входными отверстиями в нижней части, сердечники статора и ротора выполнены с радиальными каналами, торцовые элементы корпуса имеют окна, соединяющие радиальные каналы сердечника статора с ка- налами между кожухами и торцовыми элементами корпуса, а радиальные каналы сердечника ротора выполнены сообщающимися с одной стороны с входными каналами торцовых щитов, а с другой - с каналами между кожухами и торцовыьш элементами корпуса. 4 20.