ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ МАШИНА

Заявляемое техническое решение относится к области электромашиностроения и касается электрической машины с вентиляцией по разомкнутому циклу, в частности явнополюсного генератора.
Известна электрическая машина с размещенным на ее корпусе вентиляционным модулем с отверстиями двухсторонней подачи охлаждающего воздуха в корпус и двухстороннего отвода из него [1]. Поступивший в корпус воздух проходит по аксиальным и радиальным каналам ротора, через воздушный зазор и по радиальным каналам статора выходит со стороны спинки сердечника статора. Система перегородок в модуле организует направление холодного и горячего потоков и исключает их перемешивание. Поскольку трубопроводная система к каждому отверстию подачи/отвода имеет сложную конфигурацию и дополнительное вспомогательное оборудование, то вокруг машины требуется большое пространство.
За прототип принята электрическая машина [2] с подачей охлаждающего воздуха через отверстие с одного торца внешнего кожуха и отводом через отверстие с другого его торца. Отверстие подачи сообщается с камерой подачи охлаждающего потока в корпус статора, отверстие отвода - с камерой отвода охлаждающего потока из корпуса. Нагнетаемый вентиляторами из камеры подачи в корпус статора охлаждающий поток поступает в воздушный зазор с двух сторон: с одной стороны вертикальным потоком, с другой стороны с помощью установки патрубков горизонтальным потоком над корпусом статора. Радиальные вентиляционные каналы статора открыты с одной стороны в воздушный зазор, с другой стороны через отверстия в центральной части поверхности корпуса статора в камеру отвода. Данная схема вентиляции связана с меньшим количеством вспомогательного оборудования для электрической машины, позволяющим разместить ее на меньшей площади в эксплуатации. Однако малая величина воздушного зазора не обеспечивает поступление в статор достаточного количества охлаждающего воздуха, при этом ротор охлаждается только вдоль спинки сердечника. Неэффективность охлаждения статора и ротора ограничивает применение известной схемы вентиляции для машин большой мощности. Кроме того, исполнение корпуса статора в габаритах сердечника статора требует наличия усложняющих и утяжеляющих конструкцию корпуса нажимных и стяжных элементов.
Задачей заявляемого технического решения является повышение эффективности охлаждения электрической машины с возможностью увеличения ее единичной мощности, а также упрощение конструкции.
Поставленная задача достигается за счет того, что в электрической машине, содержащей кожух с отверстием, сообщающимся с камерой двухсторонней торцевой подачи охлаждающего потока к ротору, и отверстием, сообщающимся с камерой отвода охлаждающего потока из корпуса статора, статор с вентиляционными каналами, открытыми с одной стороны в воздушный зазор, с другой - в камеру отвода через выпускные отверстия в центральной части корпуса статора, патрубок, в роторе выполнены аксиальные вентиляционные каналы, открытые с одной стороны в камеру подачи, с другой - через выполненные в роторе радиальные вентиляционные каналы в воздушный зазор, торцы корпуса статора состыкованы с кожухом и в них выполнены впускные отверстия в корпус статора. Патрубок может быть образован размещенными на каждой боковой поверхности корпуса коробом и состыкованными с ним перегородками.
Из уровня техники не выявлена совокупность соединения камеры подачи охлаждающего потока с аксиально-радиальными вентиляционными каналами ротора через радиальные отверстия на поверхности концевых частей корпуса.
Техническое решение поясняется чертежами, где на фигуре 1 представлен общий вид электрической машины; на фигуре 2 - продольное сечение, вид А-А на фигуре 1; на фигуре 3 - фрагмент поперечного сечения ротора. На чертежах движение охлаждающего потока показано стрелками.
Электрическая машина содержит кожух 1 (см. фиг.1, показано без боковой обшивки) с торцевыми щитами 2, в верхней части одного из которых выполнено отверстие 3 подачи охлаждающего потока в машину, в верхней части другого - отверстие 4 отвода охлаждающего потока. Корпус статора 5 состыкован с торцевыми щитами 2. Для подачи охлаждающего потока в корпус статора 5 в его торцевых частях выполнены радиальные впускные отверстия 6, для отвода - в центральной части радиальные выпускные отверстия 7. Пространство между кожухом 1 и корпусом статора 5 разделено на камеру 8 подачи охлаждающего потока в корпус статора 5 и камеру 9 отвода охлаждающего потока из него. Патрубок 10 размещен на поверхности корпуса статора 5. Короба 11 патрубка охватывают выпускные отверстия 7 с каждой боковых стороны корпуса 5, не перекрывая сообщения через камеру подачи 8 отверстий 3 с впускными отверстиями 6 с каждой стороны корпуса статора. Короба 11 и перегородки 12 и 13 патрубка перекрывают сообщение отверстий 3 с камерой отвода 9 и отверстий 4 с камерой подачи 8. Аксиальные каналы 14 (см. фиг.2) ярма 15 ротора, с одной стороны через впускные отверстия 6 соединены с камерой подачи 8, с другой стороны через радиальные вентиляционные каналы 16 и 17, соответственно, ярма 15 и полюсов 18 открыты в воздушный зазор 19. Радиальные вентиляционные каналы 20 сердечника статора 21 с одной стороны открыты в зазор 19, с другой стороны - через выпускные отверстия 7 корпуса статора 5 соединены с камерой отвода 9. Вентиляторы 22 расположены на валу на обеих сторонах машины. Аксиальные каналы 14 распределены по поперечному сечению ярма 15 (см. фиг.3) и расположены, например, под катушками 23 полюсной обмотки.
Холодный воздух подается в машину через отверстие подачи 3. Вентиляторы 22 обеспечивают циркуляцию охлаждающего воздуха в электрической машине. Из камеры подачи 8 через отверстия 6 в корпусе статора воздух поступает в ротор с двух сторон по аксиальным каналам 14, в которые открыты радиальные каналы 16, 17, охлаждает обмотку и сердечник полюсов. Далее через зазор 19 воздух поступает в каналы 20 статора, охлаждает сердечник и обмотку и через отверстия 7 выходит в камеру отвода 9. Наличие патрубка 10 создает направленное движение холодного и горячего потоков и исключает их перемешивание. Через отверстие 4 нагретый воздух отводится из машины.
Технические преимущества заявляемого решения заключаются в эффективном охлаждении электрической машины с возможностью повышения ее единичной мощности. Кроме того упрощается конструкция и снижаются массо-габаритные показатели, что позволит размещать машину при различных условиях эксплуатации, что актуально в случае установки на месте заменяемого оборудования.
Источники известности:
1. Патент JP 59175353, фирма Yaskawa Denki Seisakusho, H02K 9/06, приоритет от 23.03.1983, опубликован 04.10.1984.
2. Патент RU 2427066, фирма Toshiba, H02K 9/16, приоритет от 12.09.2009, опубликован 20.08.2011 (заявка JP 2010288392 опубликована 24.12.2010).
3. Патент DE 4109814, фирма Lloyd Dynamowerke, H02K 5/24, приоритет от 26.03.1991, опубликован 01.10.1992.
4. Патент US 3846651, фирма Westinghouse, H02K 1/32, приоритет от 12.06.1973, опубликован 05.11.1974.
5. Патент JP 58095952, фирма Hokuetsu Kogyo, H02K 1/32, H02K 9/02, приоритет от 03.12.1981, опубликован 07.06.1983.
6. Патент US 7777374 (вариант на фиг.1), фирма Siemens, H02K 9/02, H02K 9/18, приоритет от 23.08.2005, опубликован 17.08.2010.
7. Заявка на патент US 20050206252, фирма Siemens, H02K 9/00, приоритет от 16.03.2004, опубликована 22.09.2005.