Динамоэлектрическая машина
DYNAMO-ELECTRIC MACHINE

ТЕХНИЧЕСКАЯ ОБЛАСТЬ
[0001] Настоящее изобретение относится к динамоэлектрической машине, такой как генератор и электродвигатель.
ИСТОРИЯ ВОПРОСА
[0002] В динамоэлектрической машине, такой как крупногабаритный генератор и крупногабаритный электродвигатель, для которых требуется высокая выходная мощность (высокая производительность) и высокая скорость вращения, поскольку из-за высокой выходной мощности на внутренней стороне статора и такой части обмотки, как лобовая часть, используется толстая высоковольтная изоляционная бумага, а из-за высокой скорости вращения магнит прикреплен к вращающемуся валу ротора кольцом, окружающим магнит, существует тенденция к тому, что часть обмотки статора и магнитная часть ротора не могут легко излучать или выделять тепло, что приводит к повышению температуры.
[0003] Для решения этой проблемы, например, в следующем Патентном документе 1 было предложено охлаждать статор и ротор путем размещения водяной рубашки между корпусом и статором, формирования вентиляционного тракта между водяной рубашкой и корпусом, обеспечения потока охлаждающей воды в водяной рубашке и обеспечения циркуляции воздуха внутри корпуса по вентиляционному тракту.
СПИСОК ЦИТИРУЕМЫХ ДОКУМЕНТОВ
[0004]
Патентный документ 1: Японская не прошедшая экспертизу патентная заявка №2011-211816.
Патентный документ 2: Японская не прошедшая экспертизу патентная заявка №2008-301646.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
ТЕХНИЧЕСКАЯ ПРОБЛЕМА
[0005] В соответствии с потребностями в еще большей мощности и более высокой частоте вращения существует серьезная необходимость дальнейшего усовершенствования характеристик охлаждения для крупногабаритной динамоэлектрической машины, описанной выше.
РЕШЕНИЕ ПРОБЛЕМЫ
[0006] Для удовлетворения указанных потребностей динамоэлектрическая машина в соответствии с настоящим изобретением содержит цилиндрический корпус, цилиндрический статор, прикрепленный к внутренней части корпуса, цилиндрический ротор, расположенный внутри статора с образованием зазора между ротором и статором, вращающийся вал, прикрепленный к ротору так, что он проходит внутри ротора, и кронштейн, прикрепленный к корпусу и поддерживающий вращающийся вал с возможностью вращения, причем статор имеет канал, образованный в радиальном направлении в средней в осевом направлении части статора и сообщающийся с указанным зазором, а корпус имеет первое впускное отверстие, через которое поток охлаждающего воздуха подается в корпус на обеих концевых в осевом направлении частях корпуса, выпускное отверстие, через которое поток охлаждающего воздуха, находящий в корпусе, выводится наружу из корпуса, и второе впускное отверстие, через которое поток охлаждающего воздуха подается в указанный канал статора.
[0007] Динамоэлектрическая машина в соответствии с настоящим изобретением дополнительно содержит трубы для охлаждающей воды, расположенные в виде парных элементов на одном конце и на другом конце средней в осевом направлении части корпуса, причем входные отверстия труб для охлаждающей воды, через которые охлаждающая вода подается в указанные трубы, расположены посередине в осевом направлении корпуса, а выходные отверстия указанных труб, через которые охлаждающая вода выводится наружу из указанных труб, расположены на обоих концах корпуса в осевом направлении.
[0008] В динамоэлектрической машине в соответствии с настоящим изобретением корпус представляет собой металлический алюминиевый корпус, в котором трубы для охлаждающей воды выполнены между внешней периферийной поверхностью и внутренней периферийной поверхностью корпуса путем литья.
ЭФФЕКТЫ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0009] При подаче потока охлаждающего воздуха в первое и второе впускные отверстия предложенной динамоэлектрической машины, поток охлаждающего воздуха, подаваемый из первого впускного отверстия, поступает на обеих концевых в осевом направлении частях в корпусе, охлаждая лобовую часть обмотки и т.д., и выпускается наружу из корпуса из выпускного отверстия. Поток охлаждающего воздуха, поступающий из второго впускного отверстия, проходит по каналу статора, охлаждая статор от средней в осевом направлении части статора, и достигает указанного зазора. Этот охлаждающий воздух отходит от средней в осевом направлении части, далее течет в указанный зазор по направлению к обеим концевым сторонам корпуса, охлаждая внутреннюю периферийную поверхность статора и наружную периферийную поверхность ротора, выходит из зазора и выводится наружу из корпуса через выпускное отверстие.
[0010] Следовательно, в динамоэлектрической машиной в соответствии с настоящим изобретением могут охлаждаться не только лобовые части обмотки, но и внутренняя часть средней в осевом направлении части статора, которая имеет наиболее высокую температуру в статоре, может охлаждаться воздухом с радиальной внешней стороны на радиальную внутреннюю сторону, и далее внутренняя периферийная поверхность статора и внешняя периферийная поверхность ротора могут охлаждаться воздухом от средней в осевом направлении части в направлении обеих концевых сторон. Таким образом, даже в случае, когда из-за высокой мощности на внутренней стороне статора и на таких частях обмотки, как ее лобовые концы, используется толстая высоковольтная изоляционная бумага, а также из-за высокой скорости вращения ротор прикреплен к вращающемуся валу с помощью постоянного магнита, окруженного кольцом, внутренняя часть статора, такие части обмотки, как ее лобовые концы, и постоянный магнит ротора эффективно охлаждаются, и повышение температуры может быть значительно уменьшено.
[0011] Соответственно, в динамоэлектрической машине в соответствии с настоящим изобретением эффективность охлаждения еще больше повышается, и могут быть достигнуты еще более высокая мощность и еще более высокая скорость вращения.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
[0012]
Фиг. 1 изображает внешний вид основной части динамоэлектрической машины в соответствии с основным вариантом выполнения настоящего изобретения.
Фиг. 2 изображает схематический разрез динамоэлектрической машины, показанной на фиг. 1.
Фиг. 3 изображает конструкцию труб для охлаждающей воды динамоэлектрической машины, показанной на фиг. 1 и 2.
Фиг. 4 иллюстрирует направления впуска и выпуска охлаждающей воды и потока охлаждающего воздуха в динамоэлектрической машине, показанной на фиг. 1.
Фиг. 5 иллюстрирует направления потока охлаждающего воздуха в динамоэлектрической машине, показанной на Фиг. 2.
ВАРИАНТЫ ВЫПОЛНЕНИЯ ДЛЯ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0013] Ниже со ссылкой на чертежи описана динамоэлектрическая машина в соответствии с настоящим изобретением. Однако настоящее изобретение не ограничено следующим вариантом выполнения, поясненным на чертежах.
[0014] Основной вариант выполнения
Основной вариант выполнения динамоэлектрической машины в соответствии с настоящим изобретением описан ниже со ссылкой на фиг. 1-5.
[0015] Как показано на фиг. 1 и 2, внешняя периферийная поверхность цилиндрического статора 12 прикреплена посередине в осевом направлении к внутренней периферийной поверхности цилиндрического полого корпуса 11 из алюминиевого металла, являющегося высокоэффективным теплопередающим материалом, так что статор 12 выполнен соосно с корпусом 11. Также имеется вращающийся вал 14, вставленный внутри статора 12 и соосный со ним 12. Вращающийся вал 14 на обоих концах с возможностью вращения опирается на пару кольцевых кронштейнов 15, которые прикреплены к обеим концевым сторонам корпуса 11.
[0016] На внешней периферийной поверхности посередине в осевом направлении вала 14, по всей окружности вала 14 расположен постоянный магнит 13а так, что он обращен к внутренней периферийной поверхности статора 12. Кроме того, цилиндрическое кольцо 13b, изготовленное из железа или аналогичного материала, обладающего магнетизмом, установлено таким образом, чтобы постоянный магнит 13а был закреплен на внешней периферической поверхности вала 14. Постоянный магнит 13а и кольцо 13b и т.д. образуют ротор 13. Другими словами, вал 14 прикреплен к ротору 13 таким образом, что он проходит внутри ротора 13. Ротор 13 установлен внутри статора 12 с образованием зазора G заданной величины между внутренней периферийной поверхностью статора 12 и внешней периферийной поверхностью кольца 13b.
[0017] На обоих концах корпуса 11 в осевом направлении на его периферийной поверхности расположены первые впускные отверстия 16 и выпускные отверстия 18, через которые внутренняя и внешняя стороны корпуса 11 сообщаются друг с другом, так что эти отверстия обращены друг к другу. Посередине в осевом направлении по периферийной поверхности корпуса 11 через равные промежутки в окружном направлении корпуса 11 образованы вторые впускные отверстия (в настоящем варианте - два вторых впускных отверстия) 17, через которые каналы 12а, образованные в радиальном направлении в средней в осевом направлении части статора 12 и сообщающиеся с зазором G, и внешняя сторона корпуса 11 сообщаются друг с другом.
[0018] Далее, посередине в осевом направлении между внешней периферийной поверхностью и внутренней периферийной поверхностью корпуса 11 путем литья образованы спиральные трубы 21А и 21В для охлаждающей воды из нержавеющей стали (SUS) (см. фиг. 3) таким образом, что эти трубы 21А и 21В расположены в виде парных элементов с одной стороны и с другой стороны от середины корпуса 11. Трубы 21А и 21В имеют входные отверстия 21Аа и 21Ва соответственно, которые выходят на внешнюю сторону корпуса 11 в нижних положениях в средней в осевом направлении части корпуса 11. Трубы 21А и 21В также имеют выходные отверстия 21Ab и 21Bb соответственно, которые выходят на внешнюю сторону корпуса 11 в верхних положениях на обеих концевых в осевом направлении частях корпуса 11.
[0019] На чертеже номер 19 позиции обозначает лобовые концы обмотки.
[0020] В такой предложенной динамоэлектрической машине 10, как показано на фиг. 4, потоки 1 охлаждающего воздуха подаются в корпус 11 через первое и второе впускные отверстия 16 и 17, а охлаждающая вода 2 подается в трубы 21А и 21В через входные отверстия 21Аа и 21Ва.
[0021] Затем, как показано на фиг. 5, потоки 1 охлаждающего воздуха, подаваемые через первые впускные отверстия 16, протекают к обеим концевым в осевом направлении частям в корпусе 11, охлаждая лобовые концы 19 обмотки и т.д., и выпускаются наружу из корпуса 11 из выпускных отверстий 18. Потоки 1 охлаждающего воздуха, подаваемые через вторые впускные отверстия 17, протекают по каналам 12а статора 12, охлаждая статор 12 от его средней в осевом направлении части, и достигают зазора G. Эти потоки 1 охлаждающего воздуха отводятся от средней в осевом направлении части и далее протекают в зазоре G к обеим концевым частям корпуса 11, охлаждая при этом внутреннюю периферийную поверхность статора 12 и внешнюю периферическую поверхность ротора 13. Потоки 1 охлаждающего воздуха, выходящие из зазора G, соединяются или встречаются с потоками 1 охлаждающего воздуха, поступающими из первых впускных отверстий 16, и выводятся наружу из корпуса 11 через выпускные отверстия 18.
[0022] С другой стороны, охлаждающая вода 2, подаваемая через входные отверстия 21Аа и 21Ва, течет по трубам 21А и 21В. То есть охлаждающая вода 2 охлаждает почти весь статор 12 от внешней периферийной поверхности статора 12 через корпус 11, протекая по спирали по внешней периферийной поверхности статора 12 от средней в осевом направлении части к обеим концевым частям статора 12, и выпускается через выходные отверстия 21Ab и 21Bb.
[0023] То есть, в динамоэлектрической машине 10 в соответствии с настоящим вариантом выполнения не только лобовые концы 19 обмотки охлаждаются потоками 1 охлаждающего воздуха, поступающими из первых впускных отверстий 16, но и внутренняя сторона средней в осевом направлении части статора 12, которая имеет самую высокую температуру в статоре 12, охлаждается воздухом с наружной в радиальном направлении стороны к внутренней стороне потоками 1 охлаждающего воздуха, поступающими через вторые впускные отверстия 17, и далее внутренняя периферийная поверхность статора 12 и внешняя периферийная поверхность ротора 13 охлаждаются воздухом от средней в осевом направлении части к обеим концевым частям потоками 1 охлаждающего воздуха, поступающими через вторые впускные отверстия 17. Кроме того, охлаждающая вода 2, поступающая через входные отверстия 21Аа и 21Ва, охлаждает внешнюю периферийную поверхность статора 12 от средней в осевом направлении части статора 12, которая имеет самую высокую температуру в статоре 12, к обеим концевым частям статора 12.
[0024] Следовательно, в предложенной динамоэлектрической машине 10 внутренняя часть статора 12, такие части обмотки, как лобовые концы 19, и постоянный магнит 13а ротора 13 эффективно охлаждаются, и повышение температуры может быть значительно снижено даже в случае, когда из-за высокой мощности внутри статора 12 и на таких частях обмотки, как ее лобовые концы 19, используется толстая высоковольтная изоляционная бумага, а из-за высокой скорости вращения ротор 13 прикреплен к валу 14 постоянным магнитом 13а, окруженным кольцом 13b.
[0025] Соответственно, в динамоэлектрической машине 10 в соответствии с настоящим вариантом выполнения может быть достигнута еще более высокая мощность и еще более высокая скорость вращения, так как эффективность охлаждения может быть значительно улучшена.
[0026] Кроме того, так как статор 12 охлаждается охлаждающей водой 2, протекающей параллельно в двух трубах 21А и 21В, количество охлаждающей воды 2 в единицу времени (расход) может быть увеличено без увеличения потерь давления в трубах 21А и 21В. Таким образом, эффективность охлаждения воды 2 может быть значительно улучшена.
[0027] [Промышленная применимость]
Динамоэлектрическая машина в соответствии с настоящим изобретением способна достичь еще более высокой мощности и еще более высокой скорости вращения благодаря значительному улучшению характеристик охлаждения. Таким образом, динамоэлектрическая машина в соответствии с настоящим изобретением может эффективно использоваться в промышленности.
НОМЕРА ПОЗИЦИЙ
[0028]
1 - поток охлаждающего воздуха, 2 - охлаждающая вода, 10 - динамоэлектрическая машина, 11 - корпус, 12 - статор, 12а - канал, 13 - ротор, 13а - постоянный магнит, 13b - кольцо, 14 - вращающийся вал, 15 - кронштейн, 16 - первое впускное отверстие, 17 - второе впускное отверстие, 18 - выпускное отверстие, 19 - лобовой конец обмотки, 21А, 21В - труба для охлаждающей воды, 21Аа, 21Ва - входное отверстие, 21Ab, 21Bb - выходное отверстие, G - зазор.