НЕЯВНОПОЛЮСНЫЙ РОТОР СИНХРОННОЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ МАШИНЫ
NONSALIENT POLE ROTOR OF SYNCHRONOUS ELECTRIC MACHINE

Изобретение относится к электромашиностроению.
Известен неявнополюсный ротор синхронной электрической машины, где специальные меры для охлаждения лобовых частей обмотки возбуждения не предусмотрены. Тепло из лобовых частей обмотки такого ротора в какой-то мере передается в охлаждающую среду через бандажные кольца с их наружной поверхности, но в основном перетекает в пазовые части обмотки и отводится в охлаждающую среду вместе с теплом, выделяемым в пазовой части обмотки ротора (см., например, Е.Видеман, В.Келленбергер. «Конструкции электрических машин», Энергия, Ленинградское отделение, 1972 г., с.116, второй абзац сверху).
Недостаток конструкции - низкая эффективность использования материала обмотки возбуждения ротора.
Известны неявнополюсные роторы синхронных электрических машин, где использовано проточное охлаждение лобовых частей обмотки возбуждения (см. упомянутую монографию, с.116, рис.3-30а, рис.3-30б). В этих случаях охлаждающая среда в зону лобовых частей обмотки возбуждения подается через каналы в центрирующих кольцах у вала ротора. В варианте конструкции по рис.3-30а охлаждающий газ омывает нижние витки катушек обмотки возбуждения, а также их боковые стороны и выходит из камеры лобовых частей обмотки через радиальные отверстия в бандажных кольцах ротора.
Конструкция обладает тем недостатком, что в лобовых частях катушки обмотки возбуждения во избежание смещения проводников при работе электрической машины по всей высоте расклинены многочисленными дистанционными распорками с образованием сторонами катушек и распорками многочисленных камер, закрытых сверху бандажными кольцами. Обеспечить обдув охлаждающим газом боковых сторон катушек возможно только при выполнении в бандажных кольцах радиальных отверстий напротив если не каждой такой камеры, то, по крайней мере, большого их количества. Соответствующие отверстия должны быть выполнены и в подбандажной изоляции, что крайне сложно. Кроме этого, выполнение в бандажных кольцах большого количества радиальных отверстий уменьшит их механическую прочность.
В варианте конструкции по рис.3-30б, принятой за прототип, охлаждающий газ омывает в основном нижние витки катушек обмотки возбуждения и отводится в зазор между сердечниками ротора и статора электрической машины через наклонные отверстия в массивной бочке ротора.
Недостатком конструкции является низкая эффективность охлаждения лобовых частей обмотки возбуждения.
Основная задача, которую решает предлагаемое изобретение, - улучшение охлаждения лобовых частей обмотки возбуждения неявнополюсного ротора синхронной электрической машины.
Технический результат достигается тем, что в неявнополюсном роторе синхронной электрической машины, содержащем массивную магнитопроводящую бочку с пазами для обмотки возбуждения, уложенные в них катушки обмотки возбуждения, выполненные из полосового проводника с загибом его при намотке катушек на узкую сторону полосы, бандажные кольца, отстоящие от торцев магнитопроводящей бочки и посаженные на центрирующие кольца с аксиальными каналами в зоне их внутреннего диаметра, в лобовых частях обмотки возбуждения витки катушек изолированы через один, а на широкой стороне полосы неизолированных проводников на всей их длине в лобовых частях обмотки выполнены поперечные пазы, образующие в собранной обмотке возбуждения систему щелевых вентиляционных каналов.
Предлагаемая конструкция поясняется чертежами, где схематично показаны: на фиг.1 - продольное сечение неявнополюсного ротора синхронной электрической машины в зоне лобовых частей обмотки возбуждения, на фиг.2 - поперечное сечение А-А на фиг.1, на фиг.3 - выноска Ж на фиг.1, на фиг.4 - продольное сечение В-В на фиг.3.
Неявнополюсный ротор синхронной электрической машины содержит массивную магнитопроводящую бочку 1, в пазах которой размещены многовитковые катушки 2 обмотки возбуждения, выполненные из полосового проводника с загибом его при намотке катушки на узкую сторону полосы. Лобовые части катушек 2 обмотки возбуждения предохранены от разрушения под воздействием центробежных сил при работе электрической машины бандажными кольцами 3, отстоящими от торцев 4 магнитопроводящей бочки 1 с образованием зазоров 5 и посаженными на центрирующие кольца 6, которые в зоне их внутреннего диаметра имеют аксиальные каналы 7 для прохода охлаждающего газа к лобовым частям обмотки возбуждения.
Витки катушек 2 в лобовых частях обмотки возбуждения изолированы через один: проводники 8 выполнены с изоляцией, достаточной для нормальной работы электрической машины, а проводники 9 оставлены без изоляции. На широкой стороне полосы неизолированных проводников 9 на всей их длине в лобовых частях катушек 2, в том числе и на прямолинейных вылетах из пазов магнитопроводящей бочки 1, выполнены поперечные пазы 10, которые в собранной обмотке возбуждения образуют систему щелевых вентиляционных каналов.
На фиг.1, 2 показан вариант исполнения неявнополюсного ротора синхронной электрической машины с нагнетательной системой вентиляции, когда зона повышенного давления охлаждающей среды создана у внешних торцев центрирующих колец 6. Отсюда охлаждающий газ (движение его показано стрелками) через каналы 7 поступает в зону лобовых частей обмотки возбуждения, проходит под катушками 2, ответвляется в промежутки между катушками 2 и проходит через щелевые каналы, образованные поперечными пазами 10 в неизолированных проводниках 9 катушек 2 обмотки возбуждения и примыкающими к ним изолированными проводниками 8. Из зон лобовых частей обмотки возбуждения охлаждающий газ выходит через зазоры 5 между бандажными кольцами 3 и торцами 4 магнитопроводящей бочки 1.
Система параллельно-последовательного соединения щелевых вентиляционных каналов обеспечивает доступ охлаждающего газа не только к нижним виткам катушек обмотки возбуждения, но и к верхним виткам катушек обмотки возбуждения, уменьшает аэродинамическое сопротивление зоны лобовых частей обмотки возбуждения, увеличивает охлаждающую поверхность, тем самым улучшается охлаждение катушек в зонах лобовых частей обмотки возбуждения.