НЕЯВНОПОЛЮСНЫЙ РОТОР ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ МАШИНЫ С НАПОРНЫМ КОЛЬЦОМ В ЖИДКОСТНОЙ СИСТЕМЕ ОХЛАЖДЕНИЯ

Полезная модель относится к области электротехники и электромашиностроения, в частности, к охлаждению электрических машин, и касается особенностей конструктивного выполнения шихтованного пакета сердечника ротора с жидкостным охлаждением.
В электромашиностроении при разработке электрических машин, с увеличением удельных тепловых нагрузок, требуется существенное повышение интенсивности охлаждения. В настоящее время большое внимание уделяется разработке рациональных конструкций электрических машин с жидкостными системами охлаждения.
Известно техническое решение «Ротор электрической машины с жидкостным охлаждением», защищенное как полезная модель патентом РФ №114566, кл. H02K 9/10, опубл. 27.03.2012, относящееся к электрическим машинам переменного и постоянного тока с жидкостным охлаждением ротора. Внутри вала предложенного ротора проходят два осевых эксцентричных отверстия. Одно осевое эксцентричное отверстие и радиальные отверстия для подвода охлаждающей жидкости расположены под одним углом в плоскости, перпендикулярной оси электрической машины. Другое осевое эксцентричное отверстие и радиальные отверстия для отвода охлаждающей жидкости, расположены под другим углом в плоскости, перпендикулярной оси электрической машины.
Такое конструктивное исполнение ротора электрической машины с жидкостным охлаждением не позволяет эффективно охладить обмотки возбуждения, т.к. подвод охлаждающей жидкости производится в область ярма, на большее расстояние от непосредственного источника тепла.
Известны электрические машины со струйным жидкостным охлаждением, в которых осуществляется конвективный теплообмен с жидким хладагентом, подаваемым струями во внутренний объем машины непосредственно на поверхности тепловыделяющих элементов. Информация о таких электрических машинах приведена в издательстве «Машиностроение» «Авиационные электрические машины с интенсивным охлаждением», 1977 г., стр. 10-12, рис. 1.3., 4.10. Однако, в конструкции таких машин напор подачи жидкого хладагента никак не регулируется, что может негативно влиять на эффективность охлаждения ротора такой электрической машины.
Задача полезной модели - повышение эффективности охлаждения ротора электрической машины.
Технический результат достигается в неявнополюсном роторе электрической машины, содержащем полый вал ротора с шихтованным пакетом сердечника ротора, катушки обмотки возбуждения с жидкостным охлаждением, уложенные в пазы пакета сердечника ротора, на дне которых расположены каналы жидкостного охлаждения. Полый вал ротора и пакет сердечника ротора выполнены с радиальными соосными отверстиями, расположенными в плоскости вертикальной оси симметрии пакета сердечника ротора, а пакет сердечника ротора выполнен со вставленным по его вертикальной оси симметрии напорным кольцом, которое изготовлено с пазами под обмотку возбуждения и радиальными пазовыми каналами охлаждения, располагающимися соосно с соосными отверстиями в полом валу ротора и пакете сердечника ротора. Внутренний диаметр напорного кольца выполнен больше внешнего диаметра полого вала ротора.
Применение в системе охлаждения неявнополюсного ротора электрической машины напорного кольца с таким конструктивным его исполнением позволяет значительно улучшить охлаждение обмотки возбуждения в глубине паза, обеспечить дозированную подачу масла в пазовые каналы обмотки возбуждения. Увеличивается глубина охлаждения электрической машины, смягчаются требования к температуре жидкого хладагента на входе в электрическую машину.
На фиг. 1 показано конструктивное исполнение напорного кольца, на фиг. 2 показано расположение напорного кольца в пакете сердечника ротора электрической машины, где:
1 - углубления для установки пазовых клиньев;
2 - пазовые каналы охлаждения;
3 - отверстия под демпферную обмотку;
4 - полый вал ротора;
5 - радиальные отверстия в полом валу ротора;
6 - напорное кольцо;
7 - каналы жидкостного охлаждения;
8 - пазовые клинья;
9 - пакет сердечника ротора;
10 - обмотка возбуждения;
11 - радиальные отверстия в пакете сердечника ротора;
12 - пазы под обмотку возбуждения.
Неявнополюсный ротор электрической машины содержит полый вал 4 ротора с радиальными отверстиями 5 вала, пакет сердечника 9 ротора с радиальными отверстиями 11 ротора и с каналами 7 жидкостного охлаждения, обмотку 10 возбуждения, напорное кольцо 6 с отверстиями 3 под демпферную обмотку, с пазовыми каналами 2 охлаждения, с пазовыми клиньями 8, с углублениями 1 для установки пазовых клиньев 8 и с пазами 12 под обмотку 10 возбуждения.
Охлаждение обмотки 10 возбуждения в неявнополюсном роторе электрической машины происходит путем подачи жидкого хладагента в полый вал 4 ротора. На фиг. 2 стрелками показано направление движения жидкого хладагента, который подается в полый вал 4 ротора. Жидкий хладагент из полого вала 4 поступает через жиклеры (на фигурах не показаны) в соосные радиальные отверстия 5 и 11, и далее в пазовые каналы 2 напорного кольца 6. Соосные радиальные отверстия 5 и 11 выполнены в плоскости вертикальной оси симметрии пакета сердечника 9 ротора. Далее, в процессе вращения ротора, за счет действия центробежной силы, жидкий хладагент через пазовые каналы 2 охлаждения поступает в каналы жидкостного охлаждения 7, располагающиеся под пазовой частью обмотки 10 возбуждения. За счет действия центробежной силы при вращении ротора возникает напор, необходимый для преодоления гидравлического сопротивления пазовых каналов 2, после прохождения которых жидкий хладагент обеспечивает охлаждение пазовых частей обмотки 10 возбуждения.
Применение в системе жидкостного охлаждения неявнополюсного ротора напорного кольца 6 обеспечивает подачу жидкого хладагента непосредственно на поверхности с источником тепла, улучшая охлаждение обмотки 10 возбуждения в глубине паза, обеспечивает потребную мощность напора и дозированную подачу жидкого хладагента в пазовые каналы обмотки 10 возбуждения, что позволяет значительно повысить эффективность охлаждения обмотки 10 возбуждения.
Напорное кольцо 6 может монтироваться в пакет сердечника 9 ротора, например, но не ограничиваясь этим, путем приклеивания торцевых поверхностей напорного кольца 6 к пакету сердечника 9 ротора. В конструкции напорного кольца 6 предусмотрены разъемы 1 для установки пазовых клиньев 8, которые служат для удержания обмотки 10 возбуждения в пазах 12 напорного кольца 6 при вращении ротора.
По окружности напорного кольца 6 выполнены отверстия 3 под демпферную обмотку (на фигурах не показана).
Напорное кольцо 6 имеет внутренний диаметр больше, чем внешний диаметр полого вала 4 и на полый вала 4 жестко не устанавливается, поэтому проектировщик системы жидкостного охлаждения ротора может путем изменения внутреннего диаметра напорного кольца 6 регулировать и устанавливать требуемый напор и требуемую мощность подачи жидкого хладагента.
Таким образом, конструктивное исполнение неявнополюсного ротора электрической машины с напорным кольцом в жидкостной системе охлаждения позволяет осуществить дозированную подачу и регулирование мощности подачи жидкого хладагента в пазовые каналы обмотки возбуждения, увеличить глубину охлаждения электрической машины, более качественно охладить обмотки возбуждения в глубине паза, тем самым существенно повысить эффективность охлаждения ротора электрической машины.