Ротор, содержащий межполюсные зоны с охлаждающими каналами
ROTOR COMPRISING INTERPOLAR ZONES WITH COOLING CHANNELS

Данное изобретение относится к ротору вращающейся электрической машины и к машине, содержащей такой ротор.
Более конкретно, но не ограничиваясь этим, изобретение относится к охлаждению роторов однофазных или многофазных открытых вращающихся электрических машин с частотой вращения, например, от 0 до 10 000 оборотов в минуту и с мощностью, например, от 0,1 до 25 МВт.
Под «открытой электрической машиной» понимается машина, охлаждаемая потоками воздуха, забираемого снаружи от машины.
Известно, что для обеспечения охлаждения ротора в роторе выполняют охлаждающие каналы.
Известно, в частности, выполнение канала вблизи нижней части межполюсного пространства.
В документе GB 2425662 раскрыто выполнение специальной полости в листе металла у нижней части межполюсных пространств.
Кроме того, в патенте US 7598635 раскрыто изготовление листов, в которых вблизи нижней части межполюсного пространства выполнен канал, обеспечивающий прохождение хладагента для охлаждения ротора.
Существует потребность в дальнейшем усовершенствовании охлаждения ротора вращающейся электрической машины.
Задача данного изобретения направлена на удовлетворение этой потребности и согласно одному из его аспектов решена посредством ротора вращающейся электрической машины, вытянутого вдоль продольной оси и содержащего:
- набор магнитных листов, формирующих явно выраженные полюсы, причем два явно выраженных полюса образуют между собой межполюсную зону; и
- по меньшей мере, два внутренних охлаждающих канала, выполненных в наборе магнитных листов по меньшей мере в одной межполюсной зоне, предпочтительно в каждой межполюсной зоне.
Благодаря изобретению обеспечивается улучшение тепловых характеристик машины и уменьшение нагрева роторных обмоток при данном объеме меди.
Наличие нескольких внутренних каналов обеспечивает возможность увеличения поверхности теплообмена и существенного повышения коэффициента теплообмена.
Под «внутренним каналом» понимается канал с замкнутым контуром.
Изобретение позволяет также понизить максимальную температуру электрических проводов и изоляционных материалов при данном объеме меди, что повышает надежность, и снизить суммарную стоимость машины благодаря уменьшению количества активного вещества в тех же тепловых режимах по сравнению с известными машинами.
Согласно нижеследующему описанию охлаждающей текучей средой является предпочтительно воздух, хотя изобретение не ограничивается применением одного только воздуха в качестве охлаждающей текучей среды.
Благодаря ротору обеспечивается протекание охлаждающей текучей среды по каналам.
В зависимости от того, насколько интенсивное охлаждение необходимо для ротора, через каждую межполюсную зону может проходить большее или меньшее количество внутренних охлаждающих каналов, например от 3 до 15 каналов.
Различные охлаждающие каналы могут быть выполнены между ребрами, расположенными в каждой межполюсной зоне.
Ребра могут быть вытянуты вдоль всей длины ротора или только вдоль части его длины. В частности, ребра могут прерываться, и в этом случае межполюсная зона будет иметь зубчатую форму. При этом происходит усиление конвективных теплообменов вследствие повышения среднего коэффициента теплообмена. Такую зубчатую форму можно получить путем укладки одинаковых листов в пакеты, расположенные в шахматном порядке, с чередованием лицевых и оборотных сторон пакетов.
Ребра могут быть расположены внутри межполюсных зон различным образом.
Охлаждающие каналы могут проходить по все длине ротора. Охлаждающие каналы могут быть расположены непрерывно или прерывисто по продольной оси ротора.
В случае выполнения охлаждающих каналов прерывистыми межполюсные зоны имеет зубчатую форму с образованием зубцов. При этом охлаждающие каналы расположены в данных зубцах. Такая конфигурация обеспечивает чередование проходов охлаждающей текучей среды внутри каналов и ее проход по расширенным участкам, вытянутым в осевом направлении между каналами. В результате создается определенная турбулентность, благоприятствующая конвективным обменам. Кроме того, охлаждающая текучая среда может протекать между зубцами в поперечном направлении.
Каждая межполюсная зона может иметь сечение вырезов, обусловленное наличием проходящих через нее охлаждающих каналов, которое составляет более 25% общего сечения.
Каждый из явно выраженных полюсов содержит сердечник полюса и два полюсных башмака (называемых также «полюсными выступами»).
В полюсных башмаках явно выраженных полюсов может быть выполнен по меньшей мере один охлаждающий канал с тем, чтобы еще больше улучшить охлаждение ротора. Таким образом, для каждого полюса можно получить поток охлаждающей текучей среды в межполюсных зонах и поток в полюсных башмаках.
Каждый магнитный лист может быть выполнен цельным. Все листы ротора могут быть одинаковыми, при этом каждый лист с явно выраженными полюсами имеет только по одному полюсному башмаку и все башмаки ориентированы в одном и том же окружном направлении. При сборке ротора листы собираются в пакеты.
Ротор может содержать стяжки для осевого сжатия набора магнитных листов.
Ротор на наружном в радиальном направлении конце полюсных сердечников может содержать гнезда для размещения амортизаторов.
Ротор может содержать торцевые пластины для облегчения операции намотки и повышения общей механической прочности ротора.
Согласно другому аспекту изобретения предметом изобретения является вращающаяся электрическая машина, содержащая ротор, описанный выше.
Вращающаяся электрическая машина содержит статор, внутри которого вращается ротор.
Машина может содержать один или большее количество вентиляторов, которые могу приводиться или не приводиться в действие ротором для создания принудительного потока воздуха в разных охлаждающих каналах.
Изобретение более понятно из нижеследующего описания примеров его осуществления, не имеющих ограничительного характера, которое приводится со ссылками на приложенные чертежи, на которых:
- на фиг. 1 в аксонометрии показан схематичный частичный вид пакета магнитных листов ротора согласно изобретению;
- на фиг. 2 показан вид спереди по линии II, изображенной на фиг. 1;
- на фиг. 3 показан вид, аналогичный виду на фиг. 1, другого примера выполнения пакета магнитных листов ротора согласно изобретению; и
- на фиг. 4 частично показаны в изолированном виде явно выраженный полюс и межполюсная зона согласно примеру осуществления изобретения.
На фиг. 1 показан первый пример выполнения магнитной массы ротора 1, которая вытянута вдоль продольной оси X и содержит набор магнитных листов 2, формирующих явно выраженные полюсы 3, которые присутствуют в показанном примере в количестве четырех, хотя изобретение не ограничивается именно таким числом полюсов.
Как показано на фиг. 1, каждый полюс 3 содержит полюсный сердечник 3b, вытянутый вдоль осевой линии Y, и два полюсных башмака 3a, выступающих наружу в окружном направлении.
Два соседних полюса 3 образуют между собой межполюсную зону Е.
Вокруг каждого полюса 3 намотаны электрические провода, образующие обмотки (не показаны).
Каждый лист металла предпочтительно выполнен цельным, при этом он вырезан из одной и той же магнитной заготовки.
Ротор 1 может содержать стяжки (не показаны) для удержания магнитных листов 2, проходящие через роторную массу благодаря отверстиям 11, выполненным в полюсах 3.
В пакете выполнено центральное гнездо 8, снабженное средством 9 предотвращения поворота, для размещения в нем вала (не показан).
Магнитная масса ротора 1 может также содержать, как показано на чертежах, гнезда 10 для размещения в них амортизаторов (не показаны).
Согласно варианту осуществления изобретения через каждую межполюсную зону Е в осевом направлении проходят по меньшей мере два внутренних охлаждающих канала 5, например семь каналов, как показано на фиг. 1 и 2.
В межполюсных зонах Е расположены ребра 4, разделяющие отдельные охлаждающие каналы 5.
Охлаждающие каналы 5 выполнены, например, в надставке 18 в форме прямого угла со сторонами, параллельными поверхностям 19, расположенными напротив полюсных башмаков 3a.
В примере, показанном на фиг. 1 и 2, охлаждающие каналы 5 проходят по всей длине L ротора 1 сплошным образом, без разрывов.
Магнитная масса может быть образована путем укладки в пакеты одинаковых магнитных листов, при этом может быть также выполнен дополнительный охлаждающий канал 7 путем резки листа внутри полюсных башмаков 3a. В полюсных башмаках 3a можно выполнить несколько дополнительных каналов 7.
В варианте, показанном на фиг. 3, каждая из межполюсных зон Е имеет зубчатую форму с образованием зубцов 6, в данном примере в количестве пяти на каждую межполюсную зону Е, хотя изобретение не ограничено конкретным числом зубцов.
Охлаждающие каналы 5 расположены в зубцах 6, при этом интервал 20 между зубцами 6 образует собой проход увеличенного сечения для охлаждающей текучей среды.
a
e
Осевой размер L вдоль оси X зубца 6 равен, например, размеру L интервала 20 между двумя зубцами 6.
В предпочтительном варианте предусмотрено отсутствие зубцов в межполюсных зонах Е на одном из их осевых концов, например на конце 15, как показано на фиг. 3.
t
a
a
t
Каждая межполюсная зона Е имеет общее сечение s, показанное на фиг. 4 заштрихованным, и сечение s вырезов, образованное охлаждающими каналами 5, проходящими через межполюсную зону Е. Сечение s вырезов составляет предпочтительно более 25% общего сечения s межполюсной зоны Е.
Каналы 5 в пределах одной и той же межполюсной зоны Е могут иметь разные сечения.
a
Для получения конфигурации, показанной на фиг. 3, где межполюсные каналы являются прерывистыми, можно использовать одинаковые магнитные листы, которые собраны в пакеты толщиной L и расположены в шахматном порядке, причем в показанном здесь примере с четырьмя полюсами пакеты перевернуты для чередования зон с каналами и зон без каналов.
Ротор 1 может быть интегрирован, например, во вращающуюся электрическую машину (не показана), содержащую центробежный вентилятор. В одном из вариантов вентилятор может представлять собой многоканальный вентилятор. В еще одном из вариантов вентилятор выполнен как центробежный вентилятор и осевой вентилятор, расположенные последовательно.
Всасываемый вентилятором воздух проходит через охлаждающие каналы 5, выполненные в межполюсных зонах Е, расположенных между двумя смежными явно выраженными полюсами 3. Кроме того, воздух может циркулировать в воздушном зазоре и через каналы 7, расположенные в полюсных башмаках 3a явно выраженных полюсов 3.
Изобретение не ограничивается рассмотренными выше примерами.
Так, например, возможно объединение признаков, описанных выше применительно к различным вариантам осуществления, в рамках модификаций, которые не были здесь показаны.
Ребра 4 могут иметь самую разнообразную форму.
Изобретение может применяться в роторах с наложенными полюсными башмаками. Изобретение не ограничивается использованием конкретных явно выраженных полюсов.
Если не указано иное, выражение «содержит один…» следует понимать как синоним выражения «содержит по меньшей мере один…».