электрическая машина

Формула изобретения

Электрическая машина, состоящая из пакета статора с обмоткой, пакета ротора с обмоткой, подшипниковых щитов, расположенных по торцам гофрированного корпуса, образующего полыми ребрами его внутренние вентиляционные каналы, вентилятора и его кожуха, отличающаяся тем, что в подшипниковых щитах выполнены вентиляционные отверстия с возможностью непосредственного контакта охлаждающего воздуха внешней среды с лобовыми частями обмотки статора, внешней поверхностью пакета статора и поверхностью внутренних каналов корпуса.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к охлаждению электрических машин.

В большинстве случаев охлаждение электрических машин производится потоком воздуха окружающей среды.

По способу охлаждения электрические машины могут быть подразделены на два типа: закрытые и защищенные.

Отвод тепла у закрытых машин [1] обычно производится обдувом оребреной наружной поверхности корпуса. Обдув корпуса осуществляется вентиляционным узлом, состоящим из крыльчатого колеса (вентилятора) и кожуха, формирующего поток воздуха. Оребрение корпуса увеличивает (развивает) его обдуваемую поверхность и соответственно повышает эффективность охлаждения машины. Тепло от греющихся активных частей в закрытых машинах передается к корпусу большей частью через поверхность механического сопряжения пакета статора с корпусом машины. Кроме того, в закрытых машинах создается внутренний цикл вентиляции, переносящий тепло от активных частей машины к внутренней поверхности корпуса за счет перемешивания воздуха в зоне лобовых частей машины.

Окружающий воздух и присутствующие в нем посторонние частицы во внутреннюю полость закрытых машины не попадают, что позволяет использовать их в условиях прямого воздействия атмосферных осадков и агрессивной или загрязненной среды.

Недостатком закрытой электрической машины следует считать относительно низкую эффективность ее охлаждения, обусловленную отсутствием непосредственного теплового контакта греющихся частей с воздухом окружающей среды и рассеивание потока воздуха, обдувающего оребренный корпус за пределами кожуха, формирующего воздушный поток, что ведет к повышенному расходу активных материалов (обмоточной меди и электротехнической стали).

Отвод тепла у защищенных машин [2] производится внешним воздухом непосредственно от греющихся активных частей машины.

Корпус защищенных машин в поперечном сечении обычно по форме близок к квадрату; между корпусом и внешней поверхностью пакета статора таким образом создаются угловые вентиляционные каналы.

В качестве примера рассматривается защищенная машина с осевой вентиляцией. Центробежный вентилятор всасывает воздух внешней среды через вентиляционные отверстия в подшипниковом щите, расположенном с противоположной по отношению к вентилятору стороны и прогоняет его через внутреннюю полость машины, обдувая лобовые части обмотки статора и внешнюю поверхность пакета статора в зонах угловых вентиляционных каналов. Пройдя через отверстия в подшипниковом щите со стороны вентилятора, воздух выбрасывается из машины через жалюзи в кожухе вентилятора.

Использоваться защищенные машины могут только в закрытых чистых помещениях, однако охлаждение у них более эффективно, чем у закрытых, что позволяет уменьшить расход активных материалов на их производство.

Тем не менее, в охлаждении защищенных машин есть свои проблемы. Главным образом они связаны с низкой эффективностью обдува внешней поверхности пакета статора: внешняя поверхность пакета статора невелика, а поток охлаждающего воздуха контактирует с ней только незначительной своей частью. Тепловой контакт между пакетом статора и корпусом в защищенных машинах незначителен, что обуславливает неучастие обдува воздухом внутренней поверхности корпуса в охлаждении машины. В большинстве защищенных машин тепловым лимитером, ограничивающим дальнейшее снижение расхода активных материалов и повышение надежности и долговечности машин, является именно температура пакета статора.

В ряде конструкций закрытых машин создается усиленный цикл внутренней вентиляции [3] Обдув наружной оребреной поверхности корпуса здесь происходит так же, как в обычных закрытых машинах. Циркулирующий внутри машины воздух нагнетается внутренним вентилятором в специально выполненные каналы корпуса машины и возвращается в зону низкого давления вентилятора через аксиальные каналы ротора. Таким образом, тепло от лобовых частей обмотки статора и от ротора переносится к развитой поверхности внутренних каналов эффективно охлаждаемого наружным воздухом корпуса. В машинах этой конструкции хороший тепловой контакт между пакетом статора и корпусом обычно достигается путем механической обработки сопрягаемых поверхностей.

Наиболее близким по конструктивным признакам аналогом изобретения является закрытая электрическая машина с гофрированным корпусом [4] Корпус в ней выполняется гофрированием листовой или рулонной стали. При этом в корпусе выполняются полые ребра, образующие внутренние осевые каналы корпуса, сообщающиеся с внутренней полостью машины через окна, выполненные также гофрированием корпуса. Воздух внутреннего цикла вентиляции в такой электрической машине через окна в полых ребрах корпуса прогоняется внутренним вентилятором в его внутренние каналы и возвращается в зону низкого давления вентилятора через аксиальные каналы ротора. Обдув наружной оребреной поверхности корпуса здесь также происходит, как в обычных закрытых машинах. Высокая эффективность охлаждения в машинах этой конструкции достигается интенсивным переносом тепла от лобовых частей обмотки статора и от ротора к развитой поверхности стенок внутренних каналов эффективно охлаждаемого наружным воздухом корпуса, а также идеальным тепловым контактом между пакетом статора и корпусом: между ребрами корпус соединяется с пакетом статора путем сварки. Недостатком закрытой электрической машины с гофрированным корпусом тем не менее является относительно низкая эффективность ее охлаждения, обусловленная отсутствием непосредственного теплового контакта греющихся частей с воздухом окружающей среды и, соответственно, повышенный расход активных материалов (обмоточной меди и электротехнической стали).

Изобретение решает задачу повышения эффективности охлаждения электрических машин и соответственно снижения расхода активных материалов на их производство и повышения надежности и долговечности.

Указанный технический результат достигается тем, что в электрической машине, состоящей из пакета статора с обмоткой, пакета ротора с обмоткой, подшипниковых щитов, расположенных по торцам гофрированного корпуса, образующего полыми ребрами его внутренние вентиляционные каналы, вентилятора и его кожуха, подшипниковые щиты выполнены с вентиляционными отверстиями.

На фиг.1. Изображена электрическая машина с гофрированным корпусом (вид сбоку); на фиг. 2. электрическая машина с гофрированным корпусом (вид со стороны рабочего конца вала).

Приведенная на фиг.1 и 2 электрическая машина выполнена с гофрированным корпусом 1, образующим полыми ребрами его внутренние вентиляционные каналы 2, и осевой системой вентиляции. В корпусе располагается пакет 3 статора с обмоткой 4, соединенный с корпусом швами с высокой теплопроводностью. По торцам корпуса установлены подшипниковые щиты 5 и 6 с вентиляционными отверстиями. В подшипниковых щитах закреплен вал 7 электрической машины. На валу расположены ротор 8 с осевыми каналами 9 и вентилятор 10. На подшипниковом щите, расположенном со стороны вентилятора, установлен его кожух 11 с жалюзи.

Охлаждающий воздух внешней среды засасывается вентилятором 10 через специально выполненные вентиляционные отверстия в щите 5, расположенном с противоположной вентилятору стороны, и прогоняется через внутренние осевые каналы 2, созданные полыми ребрами гофрированного корпуса 1, обдувая при этом непосредственно лобовые части обмотки 4 статора, поверхность пакета 3 статора и развитую поверхность стенок внутренних каналов корпуса, а затем выходит из полости машины через специально выполненные вентиляционные отверстия в щите 6, расположенном со стороны вентилятора и выбрасывается наружу через жалюзи кожуха 11. Интенсивность охлаждения машины этой конструкции обусловлена непосредственным контактом охлаждающего воздуха внешней среды с лобовыми частями обмотки статора, поверхностью пакета статора и с развитой поверхностью стенок внутренних каналов корпуса при высоком тепловом контакте между гофрированным корпусом и пакетом статора в местах из соединения между собой сварными швами и сторгом формировании потока охлаждающего воздуха внешней среды внутренними каналами корпуса. Часть потока охлаждающего воздуха может проходить через осевые каналы 9 ротора 8.

Сравнение с наиболее близким аналогом.

В изобретенной электрической машине, как и в ближайшем аналоге, гофрированный корпус машины соединен с пакетом статора швами высокой теплопроводности, что обеспечивает эффективный отвод тепла от пакета статора потоком воздуха, контактирующего с поверхностью корпуса.

В отличие от наиболее близкого аналога в изобретенной электрической машине отвод тепла от лобовых частей обмотки статора, от поверхности пакета статора и от стенок внутренних каналов корпуса, соединенного с пакетом статора швами высокой теплопроводности, производится непосредственно охлаждающим воздухом внешней среды, причем поток этого воздуха не рассеивается, строго формируясь внутренними каналами корпуса. Эти обстоятельства, а также отсутствие вращающихся элементов (каналы ротора) в аэродинамическом цикле охлаждения позволяет существенно повысить эффективность охлаждения предлагаемой электрической машины и соответственно снизить расходы активных материалов на ее изготовление, увеличить ее надежность и долговечность.