ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ МАШИНА
ELECTRICAL MACHINE

Настоящее изобретение относится к электрической машине,
- причем электрическая машина имеет корпус, в котором размещен статор и в котором ротор установлен с возможностью вращения вокруг оси вращения,
- причем корпус при наблюдении в направлении оси вращения продолжается от переднего конца к заднему концу,
- причем корпус на верхней стороне вблизи переднего конца имеет переднее отверстие впуска воздуха, вблизи заднего конца - заднее отверстие впуска воздуха и между ними - отверстие выпуска воздуха,
- при этом электрическая машина имеет передний и задний элемент нагнетания воздуха, посредством которого при работе электрической машины воздух засасывается через переднее отверстие впуска воздуха и заднее отверстие впуска воздуха и выталкивается через отверстие выпуска воздуха,
- причем на верхней стороне корпуса установлен съемный охладитель, который перекрывает переднее и заднее отверстие впуска воздуха и отверстие выпуска воздуха боковыми стенками и крышкой в форме кожуха, так что воздух, выталкиваемый из отверстия выпуска воздуха, вновь подается в переднее и заднее отверстие впуска воздуха,
- причем съемный охладитель включает в себя переднюю и заднюю съемную разделительную стенку,
- причем передняя и задняя съемная разделительная стенка размещены между отверстием выпуска воздуха и передним и задним отверстием впуска воздуха и продолжаются от верхней стороны корпуса вверх.
Подобная электрическая машина известна из JP 558195447 А. Электрические машины со съемным охладителем известны в различных формах выполнения. По отношению к пути первичного воздуха, который протекает через электрическую машину, разделяются на однопоточные и двухпоточные машины. Однопоточные электрические машины имеют вблизи переднего конца отверстие впуска воздуха, а вблизи заднего конца - отверстие выпуска воздуха. Двухпоточные электрические машины имеют, как пояснено выше, вблизи переднего и заднего конца по одному отверстию впуска воздуха и между ними - отверстие выпуска воздуха. Электрические машины со съемным охладителем по отношению к охлаждению первичного воздуха в съемном охладителе подразделяются на электрические машины, в которых первичный воздух охлаждается водой, и на электрические машины, в которых первичный воздух охлаждается вторичным воздухом. Предложенное изобретение относится к электрическим машинам со съемным охладителем, в которых первичный воздух охлаждается вторичным воздухом.
В подобных электрических машинах в съемном охладителе имеется много трубок, которые проходят параллельно оси вращения. Трубки открыты наружу. Трубки обтекаются воздухом (первичным воздухом), выталкиваемым из электрической машины через отверстие выпуска воздуха, и тем самым воспринимают тепло, содержащееся в обтекающем первичном воздухе. За счет этого они охлаждают первичный воздух, прежде чем первичный воздух вновь будет подан в электрическую машину. Трубки обтекаются вторичным воздухом и за счет этого охлаждаются, а вторичный воздух при этом нагревается.
Направление течения вторичного воздуха параллельно оси вращения, а именно от заднего конца к переднему концу электрической машины. Ввиду этого обстоятельства мощность охлаждения на заднем конце съемного охладителя, у которого вторичный воздух вводится в трубки, является наибольшей. На переднем конце, напротив, мощность охлаждения является наименьшей. Поэтому, согласно уровню техники первичный воздух, подаваемый в переднее отверстие впуска воздуха, теплее, чем воздух, подаваемый в заднее отверстие впуска воздуха. На практике разности температур составляют примерно 20 К. Разности температур для первичного воздуха, подаваемого в электрическую машину через переднее и заднее отверстие впуска воздуха, приводят к тому, что электрическая машина в передней области охлаждается хуже, чем в задней области. Ввиду этого обстоятельства обусловленная конструктивным принципом производительность электрической машины зачастую используется не полностью. Кроме того, следствием является сниженный срок службы электрической машины. Приближенное правило гласит, что разность температур в 10 К имеет следствием снижение срока службы электрической машины на 50%.
Из ЕР 02099908 А1 известна электрическая машина с замкнутым контуром охлаждения, причем замкнутый контур охлаждения разделен на два теплообменника, оба из которых размещены на верхней стороне или на нижней стороне электрической машины. За счет размещения направляющих между отверстием выпуска воздуха и теплообменниками обеспечивается смещенное одностороннее перекрытие противоположных зон прохождения охлаждающего воздуха, так что охлаждающий воздух, независимо от того, в каком месте он - при наблюдении в осевом направлении электрической машины - выходит из отверстия выпуска воздуха, направляется частично к одному теплообменнику, а частично - к другому теплообменнику. Вновь охлажденный воздух, выходя из теплообменников, направляется к одному из обоих отверстий выпуска воздуха.
Задача настоящего изобретения состоит в том, чтобы создать электрическую машину, в которой разность температур между воздухом, подаваемым через переднее отверстие впуска воздуха и заднее отверстие впуска воздуха, снижалась бы до минимума, а по возможности полностью бы компенсировалась.
Эта задача решается с помощью электрической машины с признаками пункта 1 формулы изобретения. Предпочтительные варианты осуществления соответствующей изобретению электрической машины являются предметом зависимых пунктов 2-8.
В соответствии с изобретением в электрической машине вышеуказанного типа предусмотрено, что в корпусе и/или в съемном охладителе размещены воздухонаправляющие элементы, посредством которых воздух, выталкиваемый из отверстия выпуска воздуха, в области, обращенной к переднему отверстию впуска воздуха, подается в заднее отверстие впуска воздуха, и воздух, выталкиваемый из отверстия выпуска воздуха, в области, обращенной к заднему отверстию впуска воздуха, подается в переднее отверстие впуска воздуха.
В предпочтительном варианте выполнения изобретения предусмотрено, что воздухонаправляющие элементы выполнены таким образом, что они вместе со съемными разделительными стенками образуют два отделенных один от другого проточных канала, что воздух, выталкиваемый из отверстия выпуска воздуха, в области отверстия выпуска воздуха, обращенной к переднему отверстию впуска воздуха, и воздух, выталкиваемый из отверстия выпуска воздуха, в области отверстия выпуска воздуха, обращенной к заднему отверстию впуска воздуха, вдуваются в соответствующий один из проточных каналов, и что вдуваемый в проточные каналы воздух посредством соответствующего проточного канала подается к соответственно другому отверстию впуска воздуха. Проточные каналы, при наблюдении в вертикальном направлении, могут пересекаться ниже трубок для вторичного воздуха, проходящих в съемном охладителе.
Для реализации проточных каналов может быть, например, предусмотрено,
- что воздухонаправляющие элементы включают в себя поперечную разделительную стенку,
- что поперечная разделительная стенка проходит поперечно оси вращения и отделяет друг от друга область отверстия выпуска воздуха, обращенную к переднему отверстию впуска воздуха, и область отверстия выпуска воздуха, обращенную к заднему отверстию впуска воздуха,
- что воздухонаправляющие элементы включают в себя соответственно разделительный элемент,
- что разделительные элементы продолжаются, при наблюдении в направлении оси вращения, от соответствующей съемной разделительной стенки к поперечной разделительной стенке и, при наблюдении поперечно оси вращения, от боковой стенки к боковой стенке съемного охладителя,
- что разделительные элементы, при наблюдении поперек оси вращения, выполнены ступенчато и/или с наклонно в противоположном направлении и
- что поперечная разделительная стенка, при наблюдении в вертикальном направлении, прерывается между разделительными элементами.
В качестве альтернативы или дополнительно, возможно,
- что воздухонаправляющие элементы включают в себя размещенную в корпусе разделительную стенку корпуса,
- что разделительная стенка корпуса размещена таким образом, что она делит отверстие выпуска воздуха на первую и вторую область поперечного сечения,
- что воздух, всасываемый через переднее отверстие впуска воздуха, в первой области поперечного сечения отверстия выпуска воздуха и воздух, всасываемый через заднее отверстие впуска воздуха, во второй области поперечного сечения отверстия выпуска воздуха выталкиваются из отверстия выпуска воздуха, и
- что первая область поперечного сечения отверстия выпуска воздуха находится в обращенной к переднему отверстию впуска воздуха области отверстия выпуска воздуха, и вторая область поперечного сечения отверстия выпуска воздуха находится в обращенной к заднему отверстию впуска воздуха области отверстия выпуска воздуха и
- что разделительная стенка корпуса проходит в области отверстия выпуска воздуха, по существу, поперек к оси вращения.
За счет этих мер достигается то, что предотвращается смешивание первичного воздуха, направляемого в электрическую машину через отверстия впуска воздуха, внутри корпуса. Оба воздушных потока входят поэтому в определенных местах отверстия выпуска воздуха в съемный охладитель. В частности, достигается то, что воздух, подаваемый в электрическую машину через переднее отверстие впуска воздуха, полностью выталкивается через обращенную к переднему отверстию впуска воздуха область отверстия выпуска воздуха. Аналогичное справедливо в этом случае для воздуха, подаваемого в электрическую машину через заднее отверстие впуска воздуха.
Последняя описанная форма выполнения может, в частности, комбинироваться с наличием поперечной разделительной стенки. В этом случае прохождение поперечной разделительной стенки корреспондируется с прохождением разделительной стенки корпуса.
Другие преимущества и детали поясняются в последующем описании примеров выполнения со ссылками на чертежи, на которых показано следующее:
Фиг.1 - схематичное представление электрической машины со съемным охладителем,
Фиг.2 - схематичный вид сверху электрической машины по фиг.1;
Фиг.3 - схематичный вид в сечении съемного охладителя по фиг.1,
Фиг.4 - схематичное представление аналогичного фиг.2 вида сверху электрической машины, выполненной в соответствии с изобретением,
Фиг.5 - схематичный вид в сечении аналогичного фиг.1 съемного охладителя, соответствующего изобретению,
Фиг.6 - схематичный вид в сечении вдоль линии VIII-VIII на фиг.5,
Фиг.7 - схематичный вид в перспективе части съемного охладителя по фиг.5 и
Фиг.8 и 9 - схематичные возможные альтернативные выполнения разделительных элементов.
Согласно фиг.1 и 3 электрическая машина содержит корпус 1. В корпусе 1 размещен статор 2. В корпусе 1, кроме того, установлен ротор 3. Ротор 3 выполнен с возможностью вращения вокруг оси 4 вращения.
Корпус 1 продолжается, при наблюдении в направлении оси 4 вращения, от переднего конца 5 к заднему концу 6. Согласно представлению на фиг.1 передний конец 5 корпуса 1 представляет собой конец со стороны привода электрической машины, а задний конец 6 - конец со стороны обслуживания электрической машины. Однако это не является релевантным для изобретения. Это также могло бы быть обратным.
Корпус 1 имеет на верхней стороне переднее отверстие 7 впуска воздуха, заднее отверстие 8 впуска воздуха и отверстие 9 выпуска воздуха. Переднее отверстие 7 впуска воздуха расположено вблизи переднего конца 5, заднее отверстие 8 впуска воздуха - вблизи заднего конца 6. Отверстие 9 выпуска воздуха расположено между обоими отверстиями 7, 8 впуска воздуха.
Электрическая машина имеет передний элемент 10 нагнетания воздуха и задний элемент 11 нагнетания воздуха. Посредством переднего элемента 10 нагнетания воздуха при работе электрической машины через переднее отверстие 8 впуска воздуха всасывается воздух, продувается через электрическую машину и выталкивается через отверстие 9 выпуска воздуха. Аналогичным образом при работе электрической машины воздух всасывается посредством заднего элемента 11 нагнетания воздуха через заднее отверстие 8 впуска воздуха и выталкивается через отверстие 9 выпуска воздуха. Элементы 10, 11 нагнетания воздуха, как правило, выполнены как вентиляторы, которые установлены без проворачивания на роторном валу 12, на котором установлен без проворачивания ротор 3. В качестве альтернативы элементы 10, 11 нагнетания воздуха могут быть реализованы самим ротором 3.
На верхней стороне корпуса 1 установлен съемный охладитель 13. Съемный охладитель 13 имеет согласно фиг.1 и 3 боковые стенки 14 и крышку 15. Съемный охладитель 13 перекрывает переднее и заднее отверстия 7, 8 впуска воздуха и отверстие 9 выпуска воздуха в форме кожуха. Поэтому воздух, выпускаемый из отверстия 9 выпуска воздуха, подается вновь к переднему и заднему отверстиям 7, 8 впуска воздуха.
Съемный охладитель 13 имеет - см. в особенности фиг.1 - переднюю и заднюю съемную разделительную стенку 16, 17. Съемные разделительные стенки 16, 17 согласно фиг.1 и 3 размещены между отверстием 9 выпуска воздуха и передним отверстием 7 впуска воздуха, с одной стороны, и между отверстием 9 выпуска воздуха и задним отверстием 8 впуска воздуха - с другой стороны. Они продолжаются от верхней стороны корпуса 1 вверх. Поэтому воздух, выталкиваемый из отверстия 9 выпуска воздуха, должен сначала подниматься вверх между обеими съемными разделительными стенками 16, 17, прежде чем он сможет течь над съемными разделительными стенками 16, 17 снова вниз к отверстиям 7, 8 впуска воздуха.
В съемном охладителе 13, кроме того, проходят трубки 18. Через трубки 18, как указано на фиг.1 стрелкой А, направляется вторичный воздух. Например, с этой целью может иметься соответствующий нагнетательный элемент 19.
Ввиду направления течения вторичного воздуха, которое в данном случае направлено от заднего к переднему концу 6, 5, охлаждающее действие вторичного воздуха вблизи заднего конца 6 больше, чем вблизи переднего конца 5. Согласно уровню техники следствием этого являются температурные различия между первичным воздухом, подаваемым в электрическую машину через переднее отверстие 7 впуска воздуха, и первичным воздухом, подаваемым в электрическую машину через заднее отверстие 8 впуска воздуха, около 20 К. Для снижения и по возможности полной компенсации этих температурных различий, в соответствии с изобретением в корпусе 1 и/или в съемном охладителе 13 размещены воздухонаправляющие элементы 24, 27-29. Посредством воздухонаправляющих элементов 24, 27-29 - см. соответствующие пунктирные стрелки В на фиг.1 - обеспечивается перекрещивание воздушных потоков. Поэтому воздух, который выталкивается в обращенной к переднему отверстию 7 впуска воздуха области отверстия 9 выпуска воздуха, по меньшей мере, частично подается к заднему отверстию 8 впуска воздуха. Аналогичным образом, воздух, который выталкивается в обращенной к заднему отверстию 8 впуска воздуха области отверстия 9 выпуска воздуха, по меньшей мере, частично подается к переднему отверстию 7 впуска воздуха. Каким образом это реализуется и каким образом могут быть выполнены соответствующие воздухонаправляющие элементы, далее поясняется более подробно со ссылками на фиг.4-9, на которых в целях большей наглядности трубки 18 полностью или частично не показаны.
В варианте осуществления воздухонаправляющие элементы согласно фиг.4 включают в себя разделительную стенку 24 корпуса. Разделительная стенка 24 корпуса, как уже следует из такого определения, размещена в корпусе 1 электрической машины. Этот вариант осуществления может быть реализован, по потребности, отдельно или в комбинации с вариантами осуществления по фиг.5-9.
Разделительная стенка 24 корпуса размещена таким образом, что она разделяет отверстие 9 выпуска воздуха на первую и вторую область 25, 26 поперечного сечения. Воздух, всасываемый через переднее отверстие 7 впуска воздуха, выталкивается в первой области 25 поперечного сечения из отверстия 9 выпуска воздуха. Аналогичным образом воздух, всасываемый через заднее отверстие 8 впуска воздуха, выталкивается во второй области 26 поперечного сечения из отверстия 9 выпуска воздуха.
В варианте осуществления по фиг.4 разделительная стенка 24 корпуса проходит в области отверстия 9 выпуска воздуха, по существу, поперек оси 4 вращения. Поэтому первая область 25 поперечного сечения полностью размещена в обращенной к области переднего отверстия 7 впуска воздуха области отверстия 9 выпуска воздуха. Аналогичным образом, в варианте осуществления по фиг.4 вторая область 26 поперечного сечения полностью размещена в обращенной к области заднего отверстия 8 впуска воздуха области отверстия 9 выпуска воздуха.
На фиг.5-7 показаны другие возможные варианты осуществления съемного охладителя 13. Согласно фиг.5-7 воздухонаправляющие элементы 27-29 выполнены таким образом, что они вместе со съемными разделительными стенками 16, 17 образуют два отделенных друг от друга проточных канала. Воздух, который подается в электрическую машину через переднее отверстие 7 впуска воздуха, выталкивается из отверстия 9 выпуска воздуха в области 25 отверстия 9 выпуска воздуха, обращенной к переднему отверстию 7 впуска воздуха. Воздух, который подается в электрическую машину через заднее отверстие 8 впуска воздуха, выталкивается из отверстия 9 выпуска воздуха в области 26 отверстия 9 выпуска воздуха, обращенной к заднему отверстию 8 впуска воздуха. Это особенно подходит, когда в корпусе 1 согласно представлению на фиг.5 имеется разделительная стенка 24 корпуса.
Воздух, выталкиваемый из отверстия 9 выпуска воздуха в соответствующей области 25, 26, вдувается согласно фиг.5-7 в соответствующий один из проточных каналов. Вдуваемый в проточные каналы воздух - на фиг.5-7 представлен соответствующими частично пунктирными стрелками, посредством соответствующего проточного канала подается в соответственно другое отверстие 8, 7 впуска воздуха.
Для того чтобы иметь возможность подавать воздух в соответствующее другое отверстие 8, 7 впуска воздуха, проточные каналы должны перекрещиваться. В принципе, может свободно выбираться, на какой высоте проточные каналы перекрещиваются. Предпочтительным образом проточные каналы перекрещиваются в съемном охладителе 13 ниже трубок 18. Для того, чтобы это наглядно представить, на фиг.6 представлен нижний ряд трубок 18. Этот вариант осуществления имеет особое преимущество, состоящее в том, что перекрещивание воздуха может быть осуществлено посредством отдельного конструктивного элемента, который размещен между электрической машиной и съемным охладителем 13.
Для реализации проточных каналов воздухонаправляющие элементы 27-29 могут включать в себя поперечную разделительную стенку 27 и два разделительных элемента 28, 29.
Поперечная разделительная стенка 27 проходит поперек оси 4 вращения. Она отделяет друг от друга область 25 отверстия 9 выпуска воздуха, обращенную к переднему отверстию 7 впуска воздуха, и область 26 отверстия 9 выпуска воздуха, обращенную к заднему отверстию 8 впуска воздуха. В случае когда в корпусе 1 электрической машины имеется разделительная стенка 24 корпуса и она проходит поперек оси 4 вращения, прохождение поперечной разделительной стенки 27 корреспондируется с прохождением разделительной стенки 24 корпуса. Возможное расстояние поперечной разделительной стенки 27 от разделительной стенки 24 корпуса должно быть, по возможности, малым (или равным нулю).
Разделительный элемент 28 (передний разделительный элемент 28) размещен между передней съемной разделительной стенкой 16 и поперечной разделительной стенкой 27. Разделительный элемент 29 (задний разделительный элемент 29) размещен между задней съемной разделительной стенкой 17 и поперечной разделительной стенкой 27. При наблюдении вдоль оси 4 вращения разделительные элементы 28, 29 продолжаются от соответствующей съемной разделительной стенки 16, 17 к поперечной разделительной стенке 27. Возможное расстояние от разделительных элементов 28, 29 до съемных разделительных стенок 16, 17 и до поперечной разделительной стенки 27 должно быть, по возможности, малым (или равным нулю). При наблюдении поперек оси вращения разделительные элементы 28, 29 проходят от боковой стенки 14 к боковой стенке 14 съемного охладителя 13. Возможные расстояния от разделительных элементов 28, 29 до боковых стенок 14 съемного охладителя 13 должны быть, по возможности, малыми (или равными нулю).
Разделительные элементы 28, 29 согласно фиг.6 и 7 при наблюдении поперек оси 4 вращения имеют снизу вверх противоположный уклон. Альтернативно разделительные элементы 28, 29 - см. фиг.8 - могут быть ступенчатыми или - см. фиг.9 - могут быть как ступенчатыми, так и иметь уклон.
Разделительная стенка 27 при наблюдении в вертикальном направлении в областях, в которых она проходит как выше переднего разделительного элемента 28, так и выше заднего разделительного элемента 29, замкнута. Также поперечная разделительная стенка 27 при наблюдении в вертикальном направлении замкнута в областях, в которых она проходит как ниже переднего разделительного элемента 28, так и ниже заднего разделительного элемента 29. В области, которая при наблюдении в вертикальном направлении лежит между обоими разделительными элементами 28, 29, поперечная разделительная стенка 27 прерывается. За счет этого воздух, который выходит из областей 25, 26 из отверстия 9 выпуска воздуха, в этом диапазоне высот может переходить соответственно на другую сторону.
Настоящее изобретение имеет множество преимуществ. В частности, при относительно простой структуре обеспечивается заметное снижение, а в некоторых случаях даже почти полное исключение температурных различий между передним и задним концом 5, 6 электрической машины.
Приведенное выше описание является исключительно пояснением предложенного изобретения. Объем защиты предложенного изобретения должен определяться исключительно приложенной формулой изобретения.