Статор электрической машины

Полезная модель относится к области электромашиностроения, а именно к конструкции распорок статора, в частности к конструкции статора электрических движительно-рулевых колонок.
Известны статоры электрических машин, например, турбогенераторов, содержащих обмотку, шихтованный сердечник с вентиляционными каналами, образованными радиальными распорками между пакетами (Извеков В.И. и др. Проектирование турбогенераторов: учебное пособие для вузов. М.: Издательство МЭИ, 2005, с. 80).
Недостатком данной конструкции является большая тепловая неравномерность по длине канала, вызванная тем, что в районе спинки течение газа является ламинарным или переходным с присущими данному типу течений низкими значениями коэффициентов теплоотдачи, отличающимися в 2-3 раза от значений коэффициентов теплоотдачи в районе зубца, где режим течения является полностью турбулентным. Такой перегрев железа статора, приводит к его раннему старению и снижению надежности и долговечности работы сердечника статора турбогенератора в целом.
Известен статор электрической машины, содержащий обмотку, шихтованный сердечник с вентиляционными каналами, образованными радиальными распорками между пакетами, вентиляционные элементы выполнены в виде обтекаемых тел цилиндрической формы, жестко закрепленных между радиальными распорками и расположенных на их продольной оси симметрии с продольным шагом между телами (RU 2007816 19.11.1990 H02K 1/20 (1990.01)H02K 9/04 (1990.01)).
Недостатком данной конструкции, принимая во внимание, что высота распорок варьируется от 5 до 10 мм, является сложность в изготовлении, а именно в точном перпендикулярном расположении и закреплении по оси симметрии вентиляционных элементов, выполненных в виде обтекаемых тел цилиндрической формы.
Известен сердечник статора электрогенератора, в котором сердечник статора электрической машины содержит пакеты, состоящие из сегментов, между которыми имеются радиальные вентиляционные каналы, образованные вентиляционными распорками и поверхностями сегментов пакетов сердечника статора, выходящими в канал. В каждом таком канале установлены множество элементов интенсификаторов (турбуляторов), выполненных на поверхности, по крайней мере, на одной из сторон канала в виде выступов, обращенных в канал (RU 2210157 24.07.1998 H02K 1/20 (2000.01) H02K 9/04 (2000.01)).
Недостатком данного решения является негативное влияние зон расположения интенсификаторов, а также способа их установки, в частности с гранями турбуляторов, обращенными навстречу потоку, на аэродинамическое сопротивление канала. При высоком аэродинамическом сопротивлении в каналах статора будет циркулировать газ с меньшим расходом, что окажет негативное влияние на тепловое состояние электрической машины, в частности в виде повышения температуры сердечника и обмотки статора по причине увеличения подогрева охлаждающего газа и снижения коэффициента теплоотдачи с поверхности канала.
Известна электрическая машина с воздушным охлаждением содержащая корпус статора, сердечник статора с ветреницами, дистанционные распорки ветрениц, создающие радиальные вентиляционные каналы в сердечнике статора, дистанционные распорки ветреницы выполнены с выдавкой в любой их части из профильного проката необходимого сечения, обеспечивающего образование вентиляционных каналов в сердечнике статора шириной менее 10 мм, и зафиксированы в продольных и поперечных просечках листа ветреницы (RU 69344 15.06.2007 H02K 1/32 (2006.01)).
Недостаток предложенной системы вентиляции с радиальными каналами, широко известный при применении многоструйных схем вентиляции электрических машин, состоит в том, что через эти каналы пропускается газ, подогретый в зазоре механическими потерями и электромагнитными потерями в роторе, в результате чего повышается температура активных частей статора и создается неравномерность температуры обмотки статора по длине (в направлении оси машины), появляются «горячие» зоны, что негативно сказывается на состоянии изоляции обмотки статора.
Задачей предлагаемого технического решения является обеспечение эффективного охлаждения воздухом обмотки и сердечника статоров электрических машин, заключающееся в снижении температуры зубцовой зоны сердечника статора электрической машины, посредством увеличения среднего коэффициента теплоотдачи на поверхности сердечника, обращенной в вентиляционные каналы, и, как следствие, снижение температуры обмотки статора.
Технический результат достигается тем, что в шихтованном сердечнике статора электрической машины, содержащем пазы, обмотку, уложенную в пазы, пакеты в сердечнике, собранные из электротехнической стали, каналы для возможности циркуляции воздуха между пакетами сердечника, образованные с помощью крайних листов пакетов с приваренными распорками, распорки выполнены с прорезями, как минимум одной, интенсифицирующими теплоотдачу за счет турбулизации потока воздуха и за счет уменьшения застойных зон в каналах между пакетами, что влечет за собой увеличение среднего коэффициента теплоотдачи с поверхности и, как следствие, снижение температуры статора.
Предлагаемое техническое решение поясняется следующими чертежами.
На фиг. 1 показан вентиляционный радиальный канал, сформированный распорками и листами пакетов сердечника электрической машины.
На фиг. 2 показан вид сверху распорки с щелевыми прорезями.
На фиг. 3 показан вид спереди распорки с щелевыми прорезями.
На фиг. 4 показано поле распределения скоростей потока воздуха в радиальном канале со сплошной распоркой.
На фиг. 5 показано поле распределения скоростей потока воздуха в радиальном канале с распоркой с щелевыми прорезями.
Шихтованный статор электрической машины, содержит пазы 3, обмотку (не показано), уложенную в пазы, пакеты 1 в сердечнике, собранные из электротехнической стали, радиальные вентиляционные каналы 9 для возможности циркуляции воздуха между пакетами сердечника, образованные крайними листами пакетов 1 с приваренными распорками 2. В каждом пакете сердечника 1 распорки 2 выполнены сплошными. Поток воздуха из зазора 4, образованного ротором (не показано) и статором, входит в радиальный вентиляционный канал 9, который сформирован сплошными распорками 2 и крайними листами пакетов 1 сердечника электрической машины. Проходя по сформированному радиальному вентиляционному каналу 9, от зубцовой части 7 в направлении спинки, под действием вращающегося ротора, основной поток воздуха прижимается к сплошной вентиляционной распорке 2 и течет слабо возмущенно в направлении спинки, вдоль нее. Оставшуюся часть радиальных вентиляционных каналов 9 занимают застойные зоны 5, в которых находится нагретый воздух с низкой скоростью течения.
Для уменьшения объема застойных зон 5 и их влияния на средний коэффициент теплоотдачи, предлагается распорка 6 с щелевыми прорезями 8. Проходя через щелевые прорези 8, воздушный поток будет турбулизироваться и более равномерно распределяться по радиальному вентиляционному каналу 9, объем застойных зон 5 уменьшится. Таким образом, средний коэффициент теплоотдачи может быть существенно увеличен при незначительном росте потерь полного давления потока при входе и прохождении по радиальному вентиляционному каналу 9.
Вышеуказанные конструктивные особенности обеспечивают необходимую интенсивность теплоотдачи с поверхности статора, повышают эффективность охлаждения и тем самым повышается надежность и долговечность работы шихтованного сердечника статора.