Закрытая электрическая машина
CLOSED ELECTRICAL MACHINE

Изобретение относится к области электротехники, а именно, к охлаждению электрических машин с внутренним расположением якоря.
Известна закрытая электрическая машина, содержащая наружный ротор с торцевой стенкой, выполненной в виде подшипникового щита, образующий с корпусом замкнутую полость, в которой расположен якорь, при этом якорь закреплен на неподвижной ступице, имеющей опору, на которой консольно установлены подшипники ротора (см. RU113890 U1, опубл., 27.02.2012).
Так как к неподвижному якорю в известной машине открыт неограниченный доступ охлаждающей среды со стороны корпуса, то возможен эффективный отвод тепла от неподвижного якоря. Однако недостатком является необходимость уплотнения внутренней полости по наибольшему радиусу, что приводит к малой эффективности бесконтактного уплотнения, либо к увеличенным механическим потерям при контактном уплотнении полости.
Техническим результатом является повышение эффективности охлаждения машины с внутренним якорем, простота конструкции и эффективное уплотнение внутренней полости ротора.
Поставленная задача достигается тем, что в закрытой электрической машине, содержащей наружный ротор с торцевыми стенками, выполненными в виде подшипниковых щитов, образующий замкнутую полость, в которой расположен якорь, при этом якорь закреплен на неподвижной ступице, имеющей опору, на которой установлены подшипники ротора, согласно изобретению на торцевых поверхностях ступицы и на внутренней и наружной поверхностях подшипниковых щитов ротора выполнены кольцевые ребра охлаждения, при этом ребра ступицы обращены навстречу ребрам внутренней поверхности щитов и, по меньшей мере, часть ребер одной поверхности расположена в кольцевых выемках между соседними ребрами другой поверхности с возможностью относительного окружного перемещения ребра в кольцевой выемке между ответными соседними ребрами с образованием кольцевых щелевых полостей, в которых расположена промежуточная охлаждающая среда, а на поверхности, по меньшей мере, части кольцевых ребер охлаждения в щелевой полости расположены выступы.
Поставленная задача достигается также тем, что выступы могут быть расположены на вращающихся ребрах ротора и выполнены в виде лопаток для направленного перемещения промежуточной охлаждающей среды в щелевой полости, по меньшей мере, в направлении вращения ротора.
Поставленная задача достигается также тем, что выступы могут быть расположены в соседних коаксиально расположенных щелевых полостях с возможностью перемещения промежуточной охлаждающей среды из щелевой полости меньшего радиуса в щелевую полость большего радиуса.
Поставленная задача достигается также тем, что, по меньшей мере, в части кольцевых ребер могут быть выполнены радиальные или наклонные прорези с образованием каналов для перемещения промежуточной охлаждающей среды между кольцевыми полостями.
Изобретение поясняется при помощи чертежей.
На фиг. 1 показан продольный разрез описываемой машины.
На фиг. 2 показан местный вид А на фиг. 1.
На фиг. 3 показан вид на якорь с неподвижными ребрами.
На фиг. 4 - увеличенный вид на якорь.
На фиг. 5 показан увеличенный вид на внутренние подвижные ребра ротора.
На фиг. 6 - внешний вид на заднюю крышку машины.
На фиг. 7 - внешний вид на переднюю крышку машины.
На фиг. 8 - продольный разрез модели.
Описываемая машина содержит наружный ротор 1 с торцевыми стенками 2, выполняющими функции подшипниковых щитов, в которых установлены подшипники 3. Внутри ротора 1 образована полость, в которой расположен якорь 4 с обмотками 5. Якорь 4 закреплен на неподвижной ступице 6, имеющей опору 7, на которой установлены подшипники 3 ротора 1. Ступица 6 якоря 4 может быть выполнена в виде пустотелого цилиндра с торцевыми стенками 8, на которых выполнены кольцевые ребра 9 охлаждения. На внутренних поверхностях торцевых стенок 2 ротора 1 также выполнены кольцевые ребра 10 охлаждения, которые обращены навстречу ребрам 9. При этом ребро 9 расположено в выемке между соседними ребрами 10, а ребро 10, соответственно - в выемке между соседними ребрами 9 с образованием кольцевых щелевых полостей между перемещающимися одна относительно другой кольцевыми поверхностями ребер 9 и 10. В кольцевых щелевых полостях расположена промежуточная охлаждающая среда, например, воздух или жидкость. В предпочтительном варианте выполнения в качестве промежуточной среды используется воздух. На поверхности, по меньшей мере, части кольцевых ребер 9 или 10 охлаждения в щелевой полости расположены выступы 11.
В предпочтительном варианте исполнения выступы 11 расположены на вращающихся ребрах 10 ротора 1 и выполнены в виде лопаток для направленного перемещения промежуточной охлаждающей среды в щелевой полости в направлении вращения ротора 1. При этом выступы 11 могут быть направлены перпендикулярно или наклонно к торцевой стенке 2 ротора 1 таким образом, чтобы при взаимодействии с промежуточной средой обеспечить ее перемещение вдоль кольцевой поверхности ребер 9 и 10 от их вершин к торцевой стенке 2 или от стенки 2 к вершинам ребер 9 и 10. Такое взаимодействие выступов 11 с промежуточной средой аналогично явлениям в осевой необъемной лопаточной машине, например, компрессоре.
Выступы 11 могут быть расположены в соседних коаксиально расположенных щелевых полостях. В этом случае при вращении ротора 1 с ребрами 10 промежуточная охлаждающая среда перемещается как в осевом направлении вдоль поверхности ребер, так и в радиальном направлении из щелевой полости меньшего радиуса в щелевую полость большего радиуса под действием центробежных сил и сил взаимодействия выступов 11 с промежуточной средой.
На фиг. 3 и 4 показано выполнение выступов 11 на неподвижных кольцевых ребрах 9 якоря 4. При таком выполнении выступов 11 происходит турбулизация промежуточной охлаждающей среды при перемещении ребер 10 ротора 1 относительно неподвижных выступов 11, что интенсифицирует теплообмен при передаче тепла от якоря 4 к внешней поверхности вращающегося ротора 1. При этом выступы 11 могут быть выполнены как со сплошной неразрывной поверхностью в виде цельной «лопатки», на внешней поверхности ребра 9 и/или 10, направленной перпендикулярно или под наклоном к стенкам 2 или 8, так и в виде отдельных возвышений на ребре 9 и/или 10, например, в виде «шипов».
На внешних поверхностях стенок 2 ротора 1 также выполнены кольцевые ребра 12 охлаждения, причем они занимают по возможности всю торцевую поверхность от подшипника до края торцевой стенки 2 и могут быть выполнены с различной высотой ребер 12, например, с плавно меняющейся высотой.
Описываемая машина работает следующим образом.
Ротор 1 установлен на подшипниках 3, расположенных на противоположных сторонах внутреннего неподвижного якоря 4. Так как опоры в этом случае выполняются минимально возможного диаметра, то уплотнение внутренней полости ротора 1 осуществляется с наилучшей эффективностью. Однако при такой компоновке ухудшается отвод тепла от расположенного в указанной полости ротора 1 неподвижного якоря 4 и его обмоток 5. Выполнение кольцевых ребер 9 и 10 на соседних торцевых поверхностях стенок 2 и 8, соответственно, ротора 1 и ступицы 6 якоря 4 позволяет значительно увеличить теплопередающую поверхность, а введение одних ребер в выемки других позволяет уменьшить зазор между взаимодействующими теплопередающими поверхностями. Направленное перемещение промежуточной охлаждающей среды внутри ротора 1 осуществляется в окружном направлении вдоль кольцевых щелевых полостей между ребрами 9 и 10, в осевом направлении поперек плоскости вращения ротора 1 и ребер 10, а также в радиальном направлении из кольцевых щелевых полостей меньшего радиуса в кольцевые полости большего радиуса. Постоянная циркуляция промежуточной охлаждающей среды внутри полости ротора 1 может быть обеспечена путем подбора величин поверхностей ребер, взаимодействующих с промежуточной средой на различных радиусах их вращения, для изменения величины центробежной силы, действующей на промежуточную среду на различном расстоянии от оси вращения ротора 1. При выполнении выступов 11 на неподвижном якоре 4 происходит интенсификация процесса теплопередачи во внешнюю среду за счет турбулизации промежуточной охлаждающей среды во внутренней полости ротора 1.
Тепло, переданное в стенки 2 ротора 1, рассеивается его наружными ребрами 12, которые могут быть выполнены как кольцевыми, так и радиальными.
Таким образом, при использовании описываемого изобретения повышается эффективность охлаждения машины с внутренним неподвижным якорем 4, имеющей простую конструкцию, не требующую приводного нагнетателя для принудительного перемещения охлаждающей среды внутри полости ротора. При этом достигается повышенная эффективность уплотнения внутренней полости ротора за счет использования стенок ротора с минимальными отверстиями под опоры.