Ротор электрической машины Советский патент 1981 года по МПК H02K9/19 H02K3/24 

(54) РОТОР ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ МАШИНЫ

1

Изобретение относится к быстроходным электрическим машинам с жидкостным охлаждением.

Известны синхронные электрические машины с явнополюсным ротором, в которых жидкий хладагент подается струями из полого вала на лобовые части полюсных катушек обмотки возбуждения и, обтекая их по поверхности, отводит выделяемые в обмотки тепловые потери 1.

Недостатком такого устройства является то, что в нем интенсивно охлаждается лишь внешняя поверхность лобовых частей полюсных катушек ротора, в то время как глубинные слои обмотки имеют значительные нагревы. Указанное обуславливает необходимость снижать величину допустимой плотности тока в обмотке, что, в свою очередь, приводит к увеличению габаритов машины.

Наиболее близким к предлагаемому является ротор электрической машины, охлаждаемой жидким хладагентом, имеюший явнополюсный сердечник с обмотками, между слоями которых в лобовых частях расположены ш,елевые каналы для циркуляции

хладагента, нижние обмоткодержатели, каждый из которых имеет внутреннюю цилиндрическую открытую с торца полость, верхние обмоткодержатели, бандажные кольца и прорези, расположенные в упомянутых элементах крепления лобовых частей обмоток. В таком устройстве площадь поверхностей теплообмена с хладагентом многократно увеличена за счет расщепления обмотки на слои, а нагрев внутренних слоев соответственно понижен, что позволяет повысить

10 плотность тока в обмотке и снизить габариты машины при одновременном повышении ее КПД 2.

Недостатком известного устройства является то, что оно работоспособно лишь при подаче в щелевые каналы расш.епленных

15 катушек жидкого хладагента с ограниченным количественным расходом с последующей непрерывной эвакуацией его из внутренней полости машины и не пригодно для использования в таких режимах работы,

2Q когда внутренняя полость затоплена хладагентом полностью или частично, так как при вращении быстроходного ротона в вязкой среде боковые поверхности лобовых

частей полюсных катушек, работающие в данном случае как лопатки центробежного гидронасоса, разрушаются и теряют изоляционное покрытие, что приводит к межвитковому замыканию и выходу машины из строя.

Цель изобретения - повышение надежности электрической машины с жидкостным охлаждением путем заш,иты поверхностей полюсных катушек от повреждений при враш ении ротора в жидкой среде и повышение КПД путем снижения гидравлических потерь без снижения интенсивности охлаждения.

Поставленная цель достигается тем, что на периферии в промежутках между полюсами сердечника расположены перегородки, выступающие с торцов за пределы сердечника, бандажные кольца установлены с охватом выступов перегородок и верхних обмоткодержателей и снабжены торцовыми стенками с центральным сообщающимся с упомянутой цилиндрической полостью отверстием, и сопряжены с торцами лобовых частей обмоток и нижних обмоткодержателей, а кольца выполнены с расположенными на периферии дренажными отверстиями, сообщающимися с промежутками между полюсами.

. На чертеже показана конструкция предлагаемого устройства.

На валу 1 ротора расположен явнополюсный сердечник 2 с обмоткой возбуждения, многослойные катушки 3, которые закреплены на полюсах посредством У-образных клиньев 4, длина которых равна активной длине сердечника. Междуполюсное пространство закрыто сверху глухими пластинчатыми немагнитами (например, из титана) клиньями 5, боковые стороны, которых расположены в пазах полюсных башмаков, а концы выступают с боков ротора за пределы сердечника. Лобовые части катушек выполнены расщепленными на слои с образованием плоских щелевых каналов 6 между ними. В нижних и верхних обмоткодержателях 7 и 8, прикрепленных к торцам сердечника, выполнены прорези 9-11 для прохода хладагента. Нижние обмоткодержатели образуют единую деталь с внутренней цилиндрической полостью 12 и наружной поверхностью в виде многогранника с количеством граней по числу полюсов.

После совместной механической обработки наружных поверхностей 13 верхних обмоткодержателей и выступающих концов пластинчатых клиньев на образовавщиеся поверхности напрессованы цилиндрические бандажные кольца 14, снабженные прорезями 15 для прохода хладагента и торцовыми стенками 16 с центральными отверстиями, равными по диаметру цилиндрическим полостям в нижних обмоткодержателях. Указанные стенки бандажных колец прикреплены к нижним обмоткодержателям одним из известных способов, например винтами.

закрывают лобовые части катущек с торцов и изолированы посредством прокладок 17. В бандажных кольцах выполнены дренажные отверстия 18, расположенные в междуполюсных зонах.

Таким образом, в собранном виде ротор имеет форму цилиндрического тела без выступающих частей, хорощо приспособленную для вращения в вязкой среде. Междуполюсные промежутки ротора представляют собой

Q закрытые со всех сторон продолговатые камеры 19, сообщающиеся внутренней полостью мащины через дренажные отверстия в бандажах.

В процессе работы мащины в режиме дозированного расхода жидкого хладагента

5 последний подается направленными струями из полого вала через жиклеры 20 и затем под действием центробежных сил движется по щелевым каналам катушек, отводя тепловые потери обмотки возбуждения, после чего выбрасывается на периферию через прорези в верхних обмоткодержателях и охлаждает лобовые части обмотки 21 неподвижного якоря.

При работе машины в режиме затопления ее внутренней полости движение хладагента

5 в щелевых каналах и процесс охлаждения остаются такими же, но поступление хладагента в указанные щелевые каналы осуществляется с боков ротора через цилиндрические полости в нижних обмоткодержателях.

Таким образом, в предлагаемом устрой.стве в обоих случаях достигается такая же

интенсивность охлаждения, как в известном.

Во время стоянки мащины с затопленной

внутренней полостью жидкий хладагент заJ полняет все пустоты внутри ротора, в том числе и междуполюсные промежутки. Однако при раскручивании ротора- хладагент под действием центробежных сил выбрасывается из этих камер через дренажные отверстия на лобовые части неподвижного

0 якоря и в дальнейщем при вращении ротора движущийся хладагент заполняет только тракт, предназначенный для теплообмена, т. е. щелевые каналы в лобовых частях катущек ротора. При этом боковые поверхности полюсных катушек, в -том числе их

лобовых частей, не перемешявают жидкость, так как находятся внутри осушенных камер, поэтому в предлагаемом устройстве отсутствует нарушение целостности катушек и их поверхностной изоляции, а гидравлические

g потери значительно ниже, чем при тех формах ротора, которые имеют место в известных устройствах.

Таким образом, в предлагаемом устройстве достигается новый эффект - повышение надежности и КПД машины без снижения

интенсивности охлаждения.

Для упрощения изготовления бандажных колец их торцовые стенки могут быть выполнены отъемными от цилиндрических несущих частей. Прикрепление стенок при сборке ротора может быть осуществлено любым из известных способов.

Формула изобретения

Ротор электрической мащины, охлаждаемой жидким хладагентом, имеющий явнополюсный сердечник с обмотками, между слоями которых в лобовых частях расположены щелевые каналы для циркуляции хладагента, нижние обмоткодержатели, каждый из которых имеет внутреннюю цилиндрическую открытую с торца полость, верхние обмоткодержатели, бандажные кольца и прорези, расположенные в упомянутых элементах крепления лобовых частей обмоток, отличающийся тем, что, с целью повыщения надежности и КПД ротора путем снижения гидравлических потерь при работе в режиме

-Н

затопления, на периферии в промежутках между полюсами сердечника расположены перегородки, выступающие с торцов за пределы сердечника, бандажные кольца установлены с охватом выступов перегородок и верхних обмоткодержателей и снабжены торцовыми стенками с центральным сообщающимся с упомянутой цилиндрической полостью отверстием, и сопряжены с торцами лобовых частей обмоток и нижних обмоткодержателей, а кольца выполнены с расположенными на периферии дренажными отверстиями, сообщающимися с промежутками между полюсами.

Источники информации, 15 принятые во внимание при экспертизе

2.Науменко В. И. и Клочкова О. Г. Авиационные электрические мащины с интенсивным охлаждением. 1977, с. 63.