ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ МАШИНА С ЩИТКОМ ПОДШИПНИКА
ELECTRIC MACHINE WITH BEARING FLAP

Изобретение относится к электрической машине согласно ограничительной части пункта 1 формулы изобретения, а также к щитку подшипника для электрической машины. Кроме того, изобретение относится к серии из электрических машин согласно ограничительной части пункта 14 формулы изобретения.
Из DE 8915650 U1 известен электромотор, у которого щитки подшипника на, по меньшей мере, трех смещенных друг относительно друга в каждом случае на 90° по периметру сторонах имеют монтажные ножки или установочные поверхности. Щитки подшипника в коробчатой форме имеют на трех сторонах установочные поверхности, на одной поверхности или стороне отверстие для коробки выводов и на одной или обеих противоположных сторонах пазы для установки вентиляторов принудительного охлаждения или решеток. Таким образом, щитки подшипника для электрической машины могут располагаться друг относительно друга с кратным в 90° поворотом, так что отверстия для коробки выводов обоих щитков подшипника, будучи повернуты друг относительно друга, расположены на различных сторонах. Вследствие того, что электромотор имеет установочные поверхности на трех сторонах, он может при изменении положения ставиться на установочные поверхности, которые приводят к оптимальному расположению коробки выводов или коробок выводов. При этом может достигаться стандартизация щитков подшипника, благодаря тому, что оба щитка подшипника выполнены идентично.
Подобная электрическая машина используется для преобразования электрической энергии в механическую энергию и наоборот. При преобразовании механической энергии в электрическую энергию электрическая машина используется в качестве генератора. При преобразовании электрической энергии в механическую энергию электрическая машина используется в качестве двигателя. Для этого электрическая машина в зависимости от технического требования к электрической машине, ее размеров, а также условий окружающей среды имеет охлаждающее устройство.
Так, например из WO 2012/159660 A2 известны электрические машины, которые основываются на концепте платформы, который делают осуществимым все типы охлаждения по отдельности или в комбинации, как например естественная или принудительная вентиляция, водяное охлаждение или водяное охлаждение с принудительной вентиляцией, а также отдельный навесной охладитель. Таким образом, в зависимости от места использования и климатических требований электрические машины можно простым образом адаптировать при оптимальном коэффициенте полезного действия к имеющимся условиям. Концепт платформы из WO 2012/159660 A2 делает возможным использование менее дорогостоящих щитков подшипника, которые располагаются на секциях присоединения самонесущего корпуса электрической машины.
GB 688740 A описывает электрические машины, которые имеют конструкцию, которая подходит для эксплуатации в качестве охлаждаемой воздухом машины, и которую можно легко модифицировать, для того чтобы предоставлять в распоряжение рециркуляцию охлаждающего воздуха и водяное охлаждение для циркулирующего воздуха. Конструкция может просто адаптироваться к обоим типам охлаждения посредством добавления или устранения относительно небольшого количества частей. При использовании с водяным охлаждением для циркулирующего воздуха один кожух из листовой стали закрепляется на конце генератора машины, и аналогичный кожух закрепляется на конце двигателя машины, причем кожухи располагаются на наружной стороне концевых элементов. Кожух содержит охлаждающий змеевик из ребристой медной трубки, который предпочтительно расположен таким образом, что охлаждающий воздух проходит через этот змеевик. Концевые участки охлаждающего змеевика выходят из корпуса для подвода и отвода охлаждающей воды. Кожух также содержит перегородки и направляющие листы. Если кожух закреплен на конце рамы двигатель-генераторного агрегата через отверстия концевого элемента, то нагретый воздух отводится через эти отверстия и проводится через охлаждающий змеевик, для того чтобы при помощи него охлаждаться. После этого воздух снова поступает через отверстия в машину. Если же необходим лишь охлаждаемый воздухом режим работы, то описанные кожухи, крышки больших отверстий и направляющие листы удаляются, и поблизости от больших отверстий закрепляется конический направляющий лист. В итоге через большие отверстия в рамной конструкции поблизости от середины проходит циркуляция охлаждающего воздуха.
Так как адаптированное к исполнениям электрической машины охлаждение является существенным для эффективной мощности электрической машины, важно сделать дальнейший технический вклад, который сам по себе, альтернативно или в комбинации с известными мерами позволяет предоставлять в распоряжение электрическую машину, у которой различные типы охлаждения могут реализовываться простым и улучшенным образом.
Поэтому в основе изобретения лежит задача по предоставлению электрической машины, у которой различные типы охлаждения могут реализовываться простым и улучшенным образом.
Задача решается с помощью электрической машины с признаками пункта 1 формулы изобретения.
Задача решается также с помощью щитка подшипника для электрической машины с признаками согласно пункту 19 формулы изобретения.
Далее задача решается с помощью серии из электрических машин с признаками согласно пункту 20 формулы изобретения.
Соответствующая изобретению электрическая машина решает предпочтительно задачу, благодаря тому, что один и тот же первый щиток подшипника посредством осевого отверстия, радиального отверстия, камеры и проходного отверстия позволяет при различных типах охлаждения направлять охлаждающее вещество предпочтительно через внешнее несущее устройство в первую секцию. Кроме того, благодаря первому щитку подшипника простым и улучшенным образом создаются условия для предпочтительной конструкции электрической машины. Электрическая машина может, предпочтительно занимая мало места, располагаться в месте монтажа.
Различные типы охлаждения у электрической машины могут использовать газообразные или жидкие охлаждающие вещества для охлаждения первой секции. Согласно изобретению первый щиток подшипника наиболее предпочтительно используется при охлаждении первой секции газообразным охлаждающим веществом. В простом случае газообразным охлаждающим веществом предпочтительно может быть воздух, так как для этого не требуется отделение охлаждающего вещества от окружающей среды. Охлаждение первой секции жидким охлаждающим веществом может простым образом использовать в качестве основной конструкции предпочтительную конструкцию соответствующей изобретению электрической машины или соответствующего изобретению щитка подшипника.
Осевое отверстие находится на втором осевом конце камеры, причем камера в осевом направлении распространяется от первого осевого конца до второго осевого конца, и камера имеет первый осевой конец около внешнего несущего устройства. Радиальное отверстие находится на установочном фланце между первым осевым концом и вторым осевым концом. Таким образом, при первых типах охлаждения газообразное охлаждающее вещество может направляться предпочтительно из осевого отверстия непосредственно в камеру и покидать камеру непосредственно через проходные отверстия внешнего несущего устройства, а при вторых типах охлаждения может направляться предпочтительно из радиального отверстия непосредственно в камеру и покидать камеру непосредственно через проходные отверстия внешнего несущего устройства.
Газообразное охлаждающее вещество может поступать через проходные отверстия предпочтительно в осевом направлении из камеры в первую секцию электрической машины. Таким образом, охлаждающее вещество уже поступает в первую секцию электрической машины в предпочтительном на первой секции осевом направлении потока.
Если при типе охлаждения проходные отверстия камеры имеются для охлаждения газообразным охлаждающим веществом, то первая секция электрической машины имеет наряду с отверстием для первого щитка подшипника дальнейшее отверстие для охлаждения. Таким образом, предпочтительно контур охлаждения, который проходит через первый щиток подшипника и первую секцию электрической машины, может простым образом замыкаться за пределами первой секции электрической машины и первого щитка подшипника.
Радиальные направления являются направлениями, которые проходят перпендикулярно к оси вращения или к осевому направлению. Ориентация поверхности выражается посредством ориентации ее вектора проекции, который описывает проекцию поверхности на плоскость, так что проецируемые края отверстия охватывают максимальную поверхность. При этом плоскость имеет нормальный вектор, который проходит параллельно к вектору проекции. Таким образом, например, осевое отверстие является отверстием, чьи края при проекции в осевом направлении на плоскость с нормальным вектором в осевом направлении охватывают максимальную поверхность. Края радиального отверстия охватывают максимальную поверхность при проекции в радиальном направлении на плоскость с нормальным вектором в радиальном направлении. Для осевой или радиальной поверхности проецируемые края образовываются аналогично отверстию посредством краев, которые охватывают поверхность.
Первый щиток подшипника может иметь осевое очертание с основной формой, которая является угловатой или круглой. Угловатая основная форма создает более простым образом условия для позиционирования первого щитка подшипника с радиальным отверстием по отношению к первой секции при монтаже первого щитка подшипника на первой секции. Осевое очертание образовывается посредством проекции первого щитка подшипника в осевом направлении на осевую плоскость.
У первого щитка подшипника внутреннее несущее устройство, гнездо подшипника, установочный фланец и камера могут быть соединены неразъемно. Так простым и улучшенным образом могут реализовываться различные типы охлаждения. Кроме того, проходные отверстия внешнего несущего устройства ввиду занимающих мало места неразъемных соединений могут иметь для этого большие поперечные сечения при высокой механической устойчивости первого щитка подшипника, так что большее количество охлаждающего вещества может поступать для охлаждения в первую секцию электрической машины. Предпочтительно с точки зрения экономии места также удерживающие устройства для осмотра и/или технического обслуживания подшипника и/или для закрепления датчика для индикации измеряемых величин на валу ротора могут быть неразъемно соединены с первым щитком подшипника, причем вал посредством подшипника установлен с возможностью вращения в первом щитке подшипника. Первый щиток подшипника может быть изготовлен за одно целое посредством металлорежущего способа изготовления, например посредством фрезерования, из одного куска материала или посредством литья из жидкого материала. Изготовление посредством литья из жидкого материала позволяет простым образом, изготовлять первый щиток подшипника в виде отливки для различных типов охлаждения простым, улучшенным и экономичным образом.
При эксплуатации соответствующей изобретению электрической машины в качестве генератора ротор приводится во вращение механической энергией. Благодаря магнитному взаимодействию между ротором и статором через воздушный зазор, который в радиальных направлениях, ориентированных перпендикулярно к осевому направлению, ограничен статором и ротором, механическая энергия может преобразовываться в электрическую энергию. Электрическая энергия может отбираться с намотки, которая расположена в воздушном зазоре, посредством подключения электрического потребителя. При этом намотка может быть закреплена на статоре. При эксплуатации соответствующей изобретению электрической машины в качестве двигателя электрическая энергия подводится через намотку и благодаря магнитному взаимодействию между статором и ротором преобразуется в механическую энергию. При этом ротор приводится во вращение, и механическая энергия на валу может выдаваться механическому потребителю в виде вращательного движения. В этом случае намотка может быть также закреплена на статоре.
Ротор имеет соответствующее устройство, для того чтобы была возможность осуществлять магнитное взаимодействие через воздушный зазор со статором. Для этого устройство может иметь постоянный магнит и/или намотку.
Проходные отверстия внешнего несущего устройства и камера могут распространяться симметрично относительно оси вращения в областях, которые более удалены от оси вращения в радиальных направлениях, чем воздушный зазор. Таким образом, охлаждающее вещество может предпочтительно распространяться по камере и, будучи лучше распределено в радиальных направлениях, может поступать для охлаждения через проходные отверстия в первую секцию электрической машины через отверстие электрической машины для первого щитка подшипника.
У соответствующей изобретению электрической машины камера имеет проходное отверстие для охлаждения электрической машины. Таким образом, охлаждающее вещество может поступать предпочтительно в камеру, там предпочтительно распространяться и предпочтительно через проходные отверстия внешнего несущего устройства поступать в первую секцию электрической машины.
У соответствующей изобретению электрической машины в проходном отверстии камеры расположен вентилятор для охлаждения первой секции. Таким образом, поток охлаждающего вещества может предпочтительно создаваться в непосредственной близости от электрической машины, в частности непосредственно в проходном отверстии. Таким образом, возникают незначительные вентиляционные потери перед поступлением охлаждающего вещества в первый щиток подшипника. Вентилятор может предпочтительно включать в себя корпус, в котором закреплены все компоненты вентилятора, и который может быть закреплен на первом щитке подшипника, для того чтобы простым и улучшенным образом реализовывать различные типы охлаждения. Вентилятор может включать в себя предпочтительно для одного или нескольких типов охлаждения привод. Вентилятор может не включать в себя предпочтительно для одного или нескольких типов охлаждения привод. Таким образом, в зависимости от необходимого типа охлаждения для определенной эффективной мощности электрической машины вентилятор с приводом или без привода может располагаться в проходном отверстии.
В варианте осуществления соответствующей изобретению электрической машины проходным отверстием камеры является радиальное отверстие, а осевое отверстие закрыто. Таким образом, один тип охлаждения может предпочтительно реализовываться простым и улучшенным образом, благодаря тому, что охлаждающее вещество может поступать через радиальное отверстие предпочтительно в камеру, там оно может распространяться с предпочтительным распределением и покидать камеру не через осевое отверстие, а через проходное отверстие внешнего несущего устройства, для того чтобы предпочтительно охлаждать первую секцию электрической машины.
Осевое отверстие закрыто герметично осевой крышкой. Таким образом, осевое отверстие закрыто в зависимости от необходимого типа охлаждения может закрываться. Охлаждающее вещество, которое выходит через закрытое осевое отверстие, представляет собой ничтожно малое количество для охлаждения первой секции.
Осевая крышка, будучи закреплена посредством разъемного соединения на первом щитке подшипника, может закрывать осевое отверстие. Таким образом, предпочтительно для пусконаладочных работ, технического обслуживания или ремонта электрической машины через осевое отверстие возможно получать через большое отверстие доступ к компонентам электрической машины для осмотра и ремонта подшипника в гнезде подшипника или доступ к датчикам для индикации измеряемых величин на валу ротора.
Осевая крышка может быть предпочтительно закреплена на крепежных ребрах, которые окружают осевое отверстие, или на точечных крепежных устройствах, которые расположены в осевом отверстии. Предпочтительно эти крепежные ребра и устройства могут использоваться как для закрепления осевой крышки, так и для закрепления вентилятора для других типов охлаждения.
На крепежных ребрах, которые окружают радиальное отверстие, или на точечных крепежных устройствах, которые расположены в радиальном отверстии, может быть предпочтительно закреплен радиальный вентилятор, который подает охлаждающее вещество для поступления в радиальное отверстие.
Предпочтительно первый щиток подшипника может монтироваться на первой секции электрической машины, по меньшей мере, в трех различных положениях, причем положения отличаются друг от друга направлением ориентации радиального отверстия. Таким образом, электрическая машина может, предпочтительно занимая мало места, адаптироваться к имеющемуся в распоряжении месту монтажа, так как благодаря ориентации радиального отверстия может выбираться место монтажа радиального вентилятора.
В дальнейшем варианте осуществления соответствующей изобретению электрической машины проходным отверстием камеры является осевое отверстие, а радиальное отверстие закрыто. Таким образом, один тип охлаждения может предпочтительно реализовываться простым и улучшенным образом, благодаря тому, что охлаждающее вещество может поступать через осевое отверстие предпочтительно в камеру, там оно может распространяться с предпочтительным распределением и покидать камеру не через радиальное отверстие, а через проходное отверстие внешнего несущего устройства, для того чтобы предпочтительно охлаждать первую секцию электрической машины.
Радиальное отверстие закрыто герметично радиальной крышкой. Таким образом, радиальное отверстие закрыто в зависимости от необходимого типа охлаждения. Охлаждающее вещество, которое выходит через закрытое радиальное отверстие, представляет собой ничтожно малое количество для охлаждения первой секции.
Радиальная крышка, будучи закреплена посредством разъемного соединения на первом щитке подшипника, может закрывать радиальное отверстие. Таким образом, предпочтительно для пусконаладочных работ, технического обслуживания или ремонта электрической машины через радиальное отверстие возможно получать через большое отверстие доступ к компонентам электрической машины для осмотра и/или ремонта подшипника в гнезде подшипника или доступ к датчикам для индикации измеряемых величин на валу ротора. Предпочтительно первый щиток подшипника может монтироваться на первой секции электрической машины, по меньшей мере, в трех различных положениях, причем положения отличаются друг от друга направлением ориентации радиального отверстия. Так ориентация радиального отверстия может выбираться для места монтажа таким образом, что, экономя пространство на месте монтажа, возможен доступ к компонентам электрической машины для осмотра и/или ремонта подшипника в гнезде подшипника или доступ к датчикам, в частности для одного человека. Таким образом, электрическая машина может, предпочтительно занимая мало места, адаптироваться к имеющемуся в распоряжении месту монтажа.
Радиальная крышка может быть предпочтительно закреплена на крепежных ребрах, которые окружают радиальное отверстие, или на точечных крепежных устройствах, которые расположены в радиальном отверстии. Предпочтительно эти крепежные ребра и устройства могут использоваться как для закрепления радиальной крышки, так и для закрепления вентилятора для других типов охлаждения.
На крепежных ребрах, которые окружают осевое отверстие, или на точечных крепежных устройствах, которые расположены в осевом отверстии, может быть предпочтительно закреплен осевой вентилятор, который подает охлаждающее вещество для поступления в осевое отверстие.
Соответствующий изобретению щиток подшипника имеет то дальнейшее преимущество, что он имеет конструкцию, которая простым образом может изготовляться в больших количествах для различных типов охлаждения. Таким образом, предпочтительно для одной электрической машины могут простым и улучшенным образом реализовываться различные типы охлаждения.
Соответствующая изобретению серия из электрических машин имеет то дальнейшее преимущество, что один единственный соответствующий изобретению щиток подшипника может использоваться для электрических машин различных типов охлаждения. В частности единственный соответствующий изобретению щиток подшипника может использоваться как для типа охлаждения с охлаждающим веществом, поступающим в осевом направлении в электрическую машину, так и для типа охлаждения с охлаждающим веществом, поступающим в радиальном направлении в электрическую машину. Таким образом, серия из электрических машин с различными типами охлаждения может реализовываться простым и улучшенным образом.
Предпочтительные варианты осуществления изобретения обозначены в зависимых пунктах формулы изобретения.
Так является предпочтительным вариант осуществления соответствующей изобретению электрической машины, в котором гнездо подшипника расположено в осевом направлении между первой секцией электрической машины и камерой. В итоге простым и улучшенным образом при первых типах охлаждения и при вторых типах охлаждения камера используется для охлаждения предпочтительно одинаковым образом. Так при первых типах охлаждения газообразное охлаждающее вещество может проходить в первой последовательности через осевое отверстие, камеру, проходные отверстия внешнего несущего устройства и первую секцию электрической машины, а при вторых типах охлаждения во второй последовательности через радиальное отверстие, камеру, проходные отверстия внешнего несущего устройства и первую секцию электрической машины. Таким образом, при первой последовательности и при второй последовательности камера предпочтительно расположена в одинаковом положении, так что прохождение охлаждающего вещества через электрическую машину при первых типах охлаждения и при вторых типах охлаждения отличается в более незначительной степени. Это позволяет предпочтительно реализовать различные типы охлаждения простым и улучшенным образом.
Осевое отверстие может распространяться предпочтительно вплоть до оставшихся крепежных ребер или точечных крепежных устройств по осевой поверхности первого щитка подшипника, а радиальное отверстие может распространяться предпочтительно вплоть до оставшихся крепежных ребер или точечных крепежных устройств по радиальной поверхности первого щитка подшипника. Это в сочетании с гнездом подшипника, которое расположено между первой секцией электрической машины и камерой, приводит к поступлению охлаждающего вещества в камеру на большой площади. Таким образом, различные типы охлаждения могут реализовываться простым и улучшенным образом.
В дальнейшем предпочтительном варианте осуществления соответствующей изобретению электрической машины внутренние стороны наружных стенок первого щитка подшипника ограничивают камеру в радиальных направлениях. Таким образом, камера предпочтительно имеет максимальное распространение внутри осевого очертания первого щитка подшипника. Охлаждающее вещество может распространяться внутри осевого очертания с предпочтительным распределением и при различных типах охлаждения приводить к улучшенному простым образом охлаждению первой секции электрической машины. Для этого наружные стенки вокруг камеры могут предпочтительно иметь приблизительно одинаковую толщину.
В дальнейшем предпочтительном варианте осуществления соответствующей изобретению электрической машины наружные стенки первого щитка подшипника расположены на одной прямой с наружным окаймлением первой секции. Это предпочтительно делает возможным то, что охлаждающее вещество в значительной степени может поступать из первого щитка подшипника во внутреннее пространство первой секции и там может непосредственно охлаждать статор. Теряется малая часть мощности охлаждения, в частности мощность охлаждения не теряется вовсе, благодаря тому, что охлаждающее вещество поступает из первого щитка подшипника вдоль наружного окаймления и за его пределами, причем окаймление окружает внутреннее пространство первой секции и может быть корпусом. Внутреннее пространство первой секции включает в себя статор и ротор. Первый щиток подшипника может иметь соответствующее устройство для более герметичного соединения между первым щитком подшипника и наружным окаймлением около отверстия для первого щитка подшипника.
В дальнейшем предпочтительном варианте осуществления соответствующей изобретению электрической машины внешнее несущее устройство образовано посредством распорок, которые отделяют друг от друга проходные отверстия внешнего несущего устройства. Таким образом, проходные отверстия могут иметь большие поперечные сечения при высокой механической устойчивости, так что большее количество охлаждающего вещества может поступать для охлаждения в первую секцию электрической машины. Для этого распорки предпочтительно проходят в радиальных направлениях.
Предпочтительно распорки на сторонах осевого очертания могут быть выполнены в виде нескольких тонких распорок. При этом "тонкий" относится к толщине тонких распорок в тангенциальном направлении, перпендикулярном к радиальному и осевому направлению. "Тонкий", в частности при нескольких тонких распорках, означает то, что проходное отверстие внешнего несущего устройства между двумя из нескольких тонких распорок имеет в тангенциальном направлении большее распространение, чем толщина нескольких тонких распорок.
Внешнее несущее устройство может иметь несколько тонких распорок предпочтительно в первых местах, в которых наружные стенки расположены в радиальном направлении ближе к оси вращения, чем в других местах. В первых местах различные типы охлаждения улучшаются простым образом, так как охлаждающее вещество в первых местах проявляет лучшее охлаждающее действие для статора, в частности для намотки статора.
В дальнейшем предпочтительном варианте осуществления соответствующей изобретению электрической машины, по меньшей мере, одна распорка суживается в радиальных направлениях по направлению к гнезду подшипника. Так суживающаяся распорка может иметь крепежное устройство и предпочтительно разделять соседние проходные отверстия внешнего несущего устройства для улучшенных простым образом типов охлаждения. Кроме того, разделенные суживающейся распоркой проходные отверстия имеют в радиальном направлении по направлению к гнезду подшипника большие поперечные сечения чем, если бы распорка не суживалась. Крепежное устройство может находиться на суживающейся распорке в расположенной в радиальном направлении снаружи области распорки. Таким образом, наружные стенки, располагаясь на одной прямой с наружным окаймлением, могут лучше закрепляться для улучшенных простым образом типов охлаждения посредством крепежного устройства.
В дальнейшем предпочтительном варианте осуществления соответствующей изобретению электрической машины первый защитный кожух вложен при помощи внутреннего несущего устройства. Таким образом, внутреннее несущее устройство при типе охлаждения, который требует определенный класс защиты, для того чтобы достигать защиты электрической машины от воздействий окружающей среды, может предпочтительно отделять внутренний поток охлаждающего вещества от внешнего потока охлаждающего вещества. Внешний поток охлаждающего вещества предпочтительно образуется посредством охлаждающего вещества в камере. Первый защитный кожух окружает внутреннюю область на участке между первым щитком подшипника и статором, для того чтобы защищать намотку статора и ротора от воздействий окружающей среды. Таким образом, внутренний поток охлаждающего вещества может проходить через каналы статора и каналы ротора и, будучи защищен от воздействий окружающей среды, может обеспечивать выравнивание температуры во внутренней области электрической машины. Внутренний поток охлаждающего вещества предпочтительно проходит частично вдоль внутреннего несущего устройства и там может предпочтительно забирать тепло и предпочтительно отдавать его внешнему потоку охлаждающего вещества, то есть охлаждающему веществу, в камере. Для этого распорки внешнего несущего устройства предпочтительно имеют продолжение в радиальном направлении к внутреннему несущему устройству в виде наружного ребра и внутреннего ребра. Вследствие этого с одной стороны предпочтительно достигается поглощение тепла внутреннего несущего устройства внутренним потоком охлаждающего вещества через внутренние ребра, и достигается предпочтительная отдача тепла внутреннего несущего устройства охлаждающему веществу в камере через наружные ребра, а с другой стороны предпочтительно улучшается механическая устойчивость, так что проходное отверстие внешнего несущего устройства может иметь для улучшенных простым образом типов охлаждения максимальное поперечное сечение, и камера также может быть максимального размера.
В дальнейшем предпочтительном варианте осуществления соответствующей изобретению электрической машины на проходном отверстии камеры расположен модуль для охлаждения первой секции посредством теплообменника, а осевое отверстие закрыто. Таким образом, тип охлаждения с замкнутым контуром охлаждения охлаждающим веществом может предпочтительно реализовываться простым и улучшенным образом, благодаря тому, что охлаждающее вещество может поступать через проходное отверстие камеры предпочтительно в камеру и может покидать камеру через проходные отверстия внешнего несущего устройства, для того чтобы предпочтительно охлаждать первую секцию электрической машины. Первую секцию электрической машины охлаждающее вещество покидает через дальнейшее отверстие первой секции электрической машины, которое ориентировано в том же направлении что и проходное отверстие первого щитка подшипника. Нагретое в первой секции охлаждающее вещество поступает через дальнейшее отверстие в модуль, охлаждаясь при этом посредством теплообменника, и снова поступая предпочтительно через проходное отверстие камеры в камеру. Теплообменник создает условия для охлаждения электрической машины предпочтительно с защитой внутреннего пространства электрической машины от воздействий окружающей среды согласно соответствующему классу защиты. Теплообменник может предпочтительно эксплуатироваться в одном типе охлаждения с газообразным охлаждающим веществом, а в другом типе охлаждения с жидким охлаждающим веществом.
Модуль, будучи предпочтительно расположена на проходном отверстии камеры, может иметь вентилятор, который через отверстие части корпуса модуля, которая окружает теплообменник, засасывает охлаждающее вещество и подает его в проходное отверстие камеры.
Проходным отверстием камеры может быть предпочтительно радиальное отверстие первого щитка подшипника, так как в этом случае модуль может быть предпочтительно закреплен на крепежных ребрах, которые окружают радиальное отверстие и дальнейшее отверстие, или на точечных крепежных устройствах, которые расположены в радиальном отверстии. Таким образом, модуль, предпочтительно занимая мало места, может быть закреплен на наружной поверхности электрической машины, причем эта поверхность соответствует ориентации радиального отверстия первого щитка подшипника и дальнейшего отверстия первой секции.
Осевое отверстие может быть предпочтительно закрыто, в частности герметично, осевой крышкой. Таким образом, осевое отверстие в зависимости от необходимого типа охлаждения может закрываться. Охлаждающее вещество, которое выходит через закрытое осевое отверстие, представляет собой ничтожно малое количество для охлаждения первой секции.
Осевая крышка, будучи закреплена посредством разъемного соединения на первом щитке подшипника, может закрывать осевое отверстие. Таким образом, предпочтительно для пусконаладочных работ, технического обслуживания или ремонта электрической машины через осевое отверстие возможно получать через большое отверстие доступ к компонентам электрической машины для осмотра и/или ремонта подшипника в гнезде подшипника или доступ к датчикам для индикации измеряемых величин на валу ротора.
Осевая крышка может быть предпочтительно закреплена на крепежных ребрах, которые окружают осевое отверстие, или на точечных крепежных устройствах, которые расположены в осевом отверстии. Предпочтительно эти крепежные ребра и устройства могут использоваться как для закрепления осевой крышки, так и для закрепления вентилятора для других типов охлаждения.
Предпочтительные варианты осуществления соответствующей изобретению электричкой машины, щитка подшипника, который является первым щитком подшипника, а также серии из электрических машин предпочтительно проистекают из комбинации некоторых или нескольких описанных признаков.
Описанные выше свойства, признаки и преимущества этого изобретения, а также способ их достижения становятся более ясно и отчетливо понятными в связи с последующим описанием примеров осуществления, которые разъясняются более подробно в сочетании с чертежом. На чертеже показаны:
фиг. 1 - первый пример осуществления электрической машины, у которой радиальный вентилятор расположен на радиальном отверстии;
фиг. 2 - вид на верхнюю сторону примера осуществления первого щитка подшипника;
фиг. 3 - вид на заднюю сторону примера осуществления первого щитка подшипника;
фиг. 4 - вид на переднюю сторону примера осуществления первого щитка подшипника;
фиг. 5 - второй пример осуществления электрической машины, у которой осевой вентилятор расположен на осевом отверстии;
фиг. 6 - третий пример осуществления электрической машины, у которой имеется модуль для охлаждения посредством теплообменника; и
фиг. 7 - четвертый пример осуществления электрической машины с первым защитным кожухом.
Фиг. 1 показывает первый пример осуществления электрической машины 1, у которой радиальный вентилятор 92 расположен на радиальном отверстии 27. Электрическая машина 1 включает в себя первый щиток 2 подшипника, первую секцию 3 и ротор 4. Первый щиток 2 подшипника имеет внутреннее несущее устройство 21, гнездо 22 подшипника, которое в радиальных направлениях 71, 72 ограничено внутренним несущим устройством 21, установочный фланец 28, который включает в себя камеру 29, и внешнее несущее устройство 23, 24, которое в радиальных направлениях 71, 72 прилегает к внутреннему несущему устройству 21 и имеет проходные отверстия 25, 26 в камеру 29 для охлаждения первой секции 3. Камера 29 имеет радиальное отверстие 27 и осевое отверстие 30.
В первом примере осуществления ротор 4 установлен с возможностью вращения на подшипниках, которые являются подшипниками качения, в первой секции 3 и в первом щитке 2 подшипника и проходит в осевом направлении 70 вдоль оси 105 вращения. Ротор 4 имеет пакет сердечника, закрепленный на валу, который при помощи подшипников установлен с возможностью вращения в первой секции 3 и в первом щитке 2 подшипника. Первая секция 3 имеет наружное окаймление 34, которое в радиальных направлениях 71, 72 образует по существу корпус первой секции 3. Наружное окаймление 34 расположено между первым щитком 2 подшипника и дальнейшим щитком подшипника, находящимся на первой секции 3. Ротор установлен в первой секции 3 при помощи подшипника качения в дальнейшем щитке подшипника. Тела качения подшипника качения в дальнейшем щитке подшипника не конкретизированы на фиг. 1, однако, как и у подшипника качения в гнезде 22 подшипника, они должны быть шариками, так что в примерах осуществления на фиг. 1-7 установка ротора 4 на подшипниках в первом щитке 2 подшипника и в дальнейшем щитке подшипника осуществляется при помощи шариковых подшипников. Гнездо 22 подшипника расположено в осевом направлении 70 между первой секцией 3 и камерой 29. Подшипник удерживается в гнезде 22 подшипника крышками 43 подшипника, которые закреплены на внутреннем несущем устройстве 21. Для осмотра подшипника, в удерживающем устройстве 31, которое является частью внутреннего несущего устройства 21, закреплен измеритель 36 температуры подшипника. Внутреннее несущее устройство также имеет моментный штырь 210. Первый щиток подшипника закреплен на первой секции 3 посредством крепежных элементов 38. Для этого крепежные элементы 38 взаимодействуют с крепежными устройствами 37 первой секции 3 и крепежными устройствами 35.
Осевое отверстие 30 находится на втором осевом конце 291 камеры 29, причем камера 29 в осевом направлении распространяется от первого осевого конца 290 до второго осевого конца 291, и камера 29 имеет первый осевой конец 290 около внешнего несущего устройства 23, 24. Радиальное отверстие 27 находится на установочном фланце 28 между первым осевым концом 290 и вторым осевым концом 291.
В электрической машине 1 согласно первому примеру осуществления в качестве охлаждающего вещества для охлаждения первой секции 3 используется газообразное охлаждающее вещество. Газообразное охлаждающее вещество является воздухом. Первая секция 3 электрической машины 1 имеет наряду с отверстием для первого щитка подшипника дальнейшее отверстие 123 для охлаждения.
На крепежных ребрах, которые окружают радиальное отверстие 27, закреплен радиальный вентилятор 92, который подает охлаждающее вещество для поступления в радиальное отверстие 27 согласно стрелкам 192. Радиальный вентилятор 92 включает в себя корпус 920, в котором закреплены все компоненты радиального вентилятора 92, и который закреплен на крепежных ребрах, окружающих радиальное отверстие 27. Радиальный вентилятор 92 при типе охлаждения согласно фиг. 1, обозначенном как второй тип охлаждения, включает в себя привод. Осевая крышка 91 закрывает осевое отверстие 30. Осевая крышка 91 закреплена на первом щитке 2 подшипника посредством разъемных соединений, которые включают в себя точечные крепежные устройства 90, расположенные в осевом отверстии 30. Точечные крепежные устройства 90 могут также использоваться для закрепления вентилятора при других типах охлаждения.
При втором типе охлаждения охлаждающее вещество проходит согласно стрелкам 192 в последовательности, обозначенной как вторая последовательность, а именно из радиального отверстия 27, которое при втором типе охлаждения является проходным отверстием камеры 29, непосредственно в камеру 29 и покидает камеру 29 непосредственно через проходные отверстия 25, 26 внешнего несущего устройства 23, 24, для того чтобы охлаждать первую секцию 3 электрической машины 1. В первой секции 3 охлаждающее вещество проходит согласно стрелкам 192, по меньшей мере, по внешним каналам в статоре 102, для того чтобы охлаждать статор 102. Нагретое охлаждающее вещество покидает электрическую машину 1 через дальнейшие отверстия 123.
При эксплуатации электрической машины 1 в качестве двигателя электрическая энергия подводится через намотку, которая имеет лобовые части 172 намотки, и благодаря магнитному взаимодействию между статором 102 и ротором 4 электрическая энергия преобразуется в механическую энергию. При этом ротор 4 приводится во вращение, и механическая энергия на валу может выдаваться механическому потребителю в виде вращательного движения. Намотка закреплена в пазах пакета сердечника статора 102. Пакет сердечника включает в себя уложенные слоями в осевом направлении 70 листы. Внешние каналы, в которых охлаждающее вещество проходит согласно стрелкам 192, являются выемками в уложенных слоями листах на внешнем периметре.
В первом примере осуществления электрическая машина является асинхронной электрической машиной, так что ротор имеет короткозамкнутую обмотку в виде соответствующего устройства, которое через воздушный зазор 106 осуществляет магнитное взаимодействие со статором.
Фиг. 2 показывает вид на верхнюю сторону примера осуществления первого щитка 2 подшипника. Вид на верхнюю сторону показывает проекцию радиального отверстия, чьи края при проекции для вида на верхнюю сторону в противоположном к радиальному направлению 71 направлении на плоскость с нормальным вектором в радиальном направлении 71 охватывают максимальную поверхность. Осевое отверстие 30 распространяется вплоть до оставшихся крепежных ребер по осевой поверхности первого щитка 2 подшипника. Через радиальное отверстие 27 можно увидеть моментный штырь 210 в камере 29.
Фиг. 3 показывает вид на заднюю сторону примера осуществления первого щитка 2 подшипника. Внутренние стороны 32 наружных стенок 33 первого щитка 2 подшипника ограничивают камеру 29 в радиальных направлениях 71, 72. Наружные стенки 33 имеют вокруг камеры 29 приблизительно одинаковую толщину. Наружные стенки 33 первого щитка 2 подшипника расположены на одной прямой с наружным окаймлением 34 первой секции 3. На продольном сечении с фиг. 1 это можно увидеть лишь на поверхностях с нормальным вектором, параллельным к радиальному направлению 71. Тем не менее, в примере осуществления все наружные стенки 33 первого щитка 2 подшипника расположены на одной прямой с наружным окаймлением 34 первой секции 3. Для этого, например на фиг. 2, а именно в левой верхней области фиг. 2 и в правой верхней области фиг. 2, имеются соответствующие центрирующие элементы в качестве вспомогательного средства для герметичного соединения между первым щитком 2 подшипника и наружным окаймлением 34 на первом осевом конце 290. На фиг. 4 центрирующие элементы можно увидеть на четырех скругленных углах первого щитка 2 подшипника.
Первый щиток 2 подшипника имеет осевое очертание с угловатой основной формой. Осевое очертание образовывается посредством проекции первого щитка 2 подшипника в осевом направлении 70 на осевую плоскость, чей нормальный вектор параллелен к осевому направлению 70.
Проходные отверстия 25, 26 внешнего несущего устройства 23, 24 и камера 29 распространяются симметрично относительно оси 105 вращения в областях, которые более удалены от оси 105 вращения в радиальных направлениях 71, 72, чем воздушный зазор 106.
Внешнее несущее устройство 23, 24 образовано посредством распорок, которые отделяют друг от друга проходные отверстия 25, 26 внешнего несущего устройства 23, 24. Для этого распорки проходят в радиальных направлениях 71, 72. Распорки на сторонах осевого очертания выполнены в виде нескольких тонких распорок 23. "Тонкий" относительно нескольких тонких распорок 23 означает то, что проходное отверстие 26 внешнего несущего устройства 23, 24 между двумя из нескольких тонких распорок 23 имеет в тангенциальном направлении большее распространение, чем толщина нескольких тонких распорок 23. Внешнее несущее устройство 23, 24 имеет несколько тонких распорок 23 в первых местах, в которых наружные стенки 33 расположены в радиальном направлении 71, 72 ближе к оси 105 вращения, чем в других местах. Распорки в углах основной формы суживаются в радиальных направлениях 71, 72 по направлению к гнезду 22 подшипника. Суживающиеся распорки 24 имеют крепежные устройства 35 и разделяют соседние проходные отверстия 25 внешнего несущего устройства 23, 24. Кроме того, разделенные суживающимися распорками 24 проходные отверстия 25 имеют в радиальных направлениях 71, 72 по направлению к гнезду 22 подшипника большие поперечные сечения чем, если бы распорка не суживалась. Крепежные устройства 35 находятся на суживающихся распорках в расположенной в радиальном направлении 71, 72 снаружи области распорки 24.
У первого щитка 2 подшипника внутреннее несущее устройство 21, гнездо 22 подшипника, установочный фланец 28 и камера 29 соединены неразъемно. С первым щитком 2 подшипника, в частности с внутренним несущим устройством 21, неразъемно соединены удерживающие устройства для осмотра, например под измеритель 36 температуры подшипника, и/или для технического обслуживания подшипника и/или моментный штырь 210. Моментный штырь 210 служит для закрепления датчика для индикации измеряемых величин на валу ротора 4.
Первый щиток 2 подшипника является отливкой, которая изготовлена за одно целое посредством литья из жидкого материала. Первый щиток 2 подшипника благодаря соответствующему изобретению исполнению примера осуществления первого щитка 2 подшипника может изготовляться при помощи литья для различных типов охлаждения простым и улучшенным с экономической точки зрения образом. Отливка является отливкой из серого чугуна. Кроме того, первый щиток 2 подшипника имеет после литья хорошие антиадгезионные свойства, так что первый щиток 2 подшипника после литья может хорошо извлекаться из формы. В примере осуществления первого щитка 2 подшипника точечные крепежные устройства 90 неразъемно соединены с первым щитком 2 подшипника, в частности с установочным фланцем 28. Таким образом, отливка также предпочтительно включает в себя точечные крепежные устройства 90. Кроме того, распорки 23, 24 внешнего несущего устройства 23, 24 продлены в радиальных направлениях 71, 72 к внутреннему несущему устройству 21 в виде наружного ребра 41 и внутреннего ребра 42. Таким образом, отливка включает в себя также наружные ребра 41 и внутренние ребра 42. Внутренние ребра 42 можно увидеть на фиг. 4, которая показывает вид на переднюю сторону примера осуществления первого щитка 2 подшипника.
Фиг. 5 показывает второй пример осуществления электрической машины 501, у которой осевой вентилятор 93 расположен на осевом отверстии 30.
В электрической машине 501 согласно второму примеру осуществления в качестве охлаждающего вещества для охлаждения первой секции 3 электрической машины 501 используется газообразное охлаждающее вещество. Газообразным охлаждающим веществом является воздух. Первая секция 3 электрической машины 501 имеет наряду с отверстием для первого щитка подшипника дальнейшее отверстие 123 для охлаждения.
На точечных крепежных устройствах 90 закреплен осевой вентилятор 93, который подает охлаждающее вещество для поступления в осевое отверстие 30 согласно стрелкам 193. На фиг. 5 в качестве примера для вентиляторов 92, 93, 95, 96 отмечены отверстия 932 вентиляторов 92, 93, 95, 96 для поступления охлаждающего вещества в вентиляторы 92, 93, 95, 96. Осевой вентилятор 93 включает в себя корпус 930, в котором закреплены все компоненты осевого вентилятора 93, и который закреплен на точечных крепежных устройствах 90. Осевой вентилятор 93 при типе охлаждения согласно фиг. 5, обозначенном как первый тип охлаждения, не имеет привод. Осевой вентилятор 93 соединен с валом 104, на котором закреплен ротор 4. Таким образом, электрическая машина 501 во время своей работы служит также в качестве привода для осевого вентилятора 93. Во время эксплуатации электрической машины 501 вал 104 вращается благодаря магнитному взаимодействию между статором 102 и ротором 4. Радиальная крышка 94 закрывает радиальное отверстие 27. Радиальная крышка 94 закреплена на первом щитке 2 подшипника посредством разъемных соединений, которые включают в себя крепежные ребра, окружающие радиальное отверстие 27. Крепежные ребра могут также использоваться для закрепления радиального вентилятора 92 при втором типе охлаждения.
При первом типе охлаждения охлаждающее вещество проходит согласно стрелкам 193 в последовательности, обозначенной как первая последовательность, а именно из осевого отверстия 30, которое при первом типе охлаждения является проходным отверстием камеры 29, непосредственно в камеру 29 и покидает камеру 29 непосредственно через проходные отверстия 25, 26 внешнего несущего устройства 23, 24, для того чтобы охлаждать первую секцию 3 электрической машины 1. В первой секции 3 охлаждающее вещество проходит согласно стрелкам 193, по меньшей мере, по внешним каналам в статоре 102, для того чтобы охлаждать статор 102. Нагретое охлаждающее вещество покидает электрическую машину 501 через дальнейшие отверстия 123.
Фиг. 6 показывает третий пример осуществления электрической машины 601, у которой имеется модуль 61 для охлаждения посредством теплообменника 62.
У электрической машины 601 на проходном отверстии, которое является радиальным отверстием 27, расположен модуль 61 для охлаждения первой секции 3 электрической машины 601 посредством теплообменника 62, а осевое отверстие 30 закрыто осевой крышкой 91 при помощи разъемного соединения. Таким образом, реализуется тип охлаждения с замкнутым контуром охлаждения с первым щитком 2 подшипника, благодаря тому, что охлаждающее вещество согласно стрелкам 194 может поступать через радиальное отверстие 27 предпочтительно в камеру 29, там распространяться с предпочтительным распределением и покидать камеру 29 не через осевое отверстие 30, а через проходные отверстия 25, 26 внешнего несущего устройства 23, 24, для того чтобы охлаждать первую секцию 3 электрической машины 601. Первую секцию 3 электрической машины 601 охлаждающее вещество покидает через дальнейшее отверстие 623 первой секции 3 электрической машины 601, которое ориентировано в том же направлении что и радиальное отверстие 27 первого щитка 2 подшипника. Нагретое в первой секции 3 охлаждающее вещество поступает через дальнейшее отверстие 623 в модуль 61, в котором охлаждающее вещество охлаждается посредством теплообменника 62 и снова поступает предпочтительно через радиальное отверстие 27 в камеру 29. Теплообменник 62 состоит из нескольких элементов теплообменника, которые закреплены в несущей раме 624 параллельно к осевому направлению. Таким образом, охлаждающее вещество может проходить через элементы теплообменника и отдавать тепло жидкому охлаждающему веществу в теплообменнике. Теплообменник 62 имеет первый вывод 621, через который жидкое охлаждающее вещество поступает в теплообменник 62, и второй вывод 622, через который жидкое охлаждающее вещество покидает теплообменник 62.
Модуль 61, будучи расположен на радиальном отверстии 27, имеет радиальный вентилятор 96, который через отверстие части корпуса модуля 61, которая окружает теплообменник 62, засасывает охлаждающее вещество и подает его в радиальное отверстие 27. Радиальный вентилятор 96 имеет свой собственный привод 961.
Фиг. 7 показывает четвертый пример осуществления электрической машины 701 с первым защитным кожухом 111. У электрической машины 701 первый защитный кожух 111 вложен при помощи внутреннего несущего устройства 21. Таким образом, внутреннее несущее устройство 21 может отделять представленный стрелками внутренний поток 124 охлаждающего вещества от представленного стрелками внешнего потока 126 охлаждающего вещества. Внешний поток 126 охлаждающего вещества образуется посредством охлаждающего вещества в камере. Первый защитный кожух 111 окружает внутреннюю область на участке между первым щитком 2 подшипника и статором 102, для того чтобы защищать намотку статора 102 с лобовыми частями 172 намотки и ротор 4 от воздействий окружающей среды. Таким образом, внутренний поток 124 охлаждающего вещества может проходить через каналы статора и каналы ротора и, будучи защищен от воздействий окружающей среды, может обеспечивать выравнивание температуры во внутренней области электрической машины. Для перенаправления внутреннего потока 124 охлаждающего вещества на роторе 4 имеются направляющие устройства 125. Внутренний поток 124 охлаждающего вещества частично проходит вдоль внутреннего несущего устройства 21 и там может забирать тепло и отдавать его внешнему потоку 126 охлаждающего вещества в камере 29. Поглощение тепла внутреннего несущего устройства 21 внутренним потоком 124 охлаждающего вещества достигается через внутренние ребра 42, а предпочтительная отдача тепла внутреннего несущего устройства 21 охлаждающему веществу в камере 29, которое образует внешний поток 126 охлаждающего вещества, достигается через наружные ребра 41.
Первая секция 3 имеет наружное окаймление 34, которое в радиальных направлениях 71, 72 образует по существу корпус первой секции 3. Наружное окаймление 34 расположено между первым щитком 2 подшипника и дальнейшим щитком подшипника, который находится на первой секции 3. Второй защитный кожух аналогично первому защитному кожуху 111 окружает внутреннюю область на участке между дальнейшим щитком подшипника и статором 102, для того чтобы защищать намотку статора 102 с лобовыми частями 172 намотки и ротор 4 от воздействий окружающей среды.
Охлаждающее вещество подается в качестве внешнего потока 126 охлаждающего вещества осевым вентилятором 95 в осевое отверстие 30. Осевой вентилятор 95 имеет на своем корпусе 950 отверстия 952 для поступления внешнего охлаждающего вещества 126. Осевой вентилятор имеет свой собственный привод 951, который включает в себя электродвигатель с внешним ротором. Привод закреплен в корпусе 950 вентилятора 95 при помощи неподвижного вала 953. Осевой вентилятор 95 закреплен на точечных крепежных устройствах 90 своим корпусом 950, причем вентилятор 95 подает охлаждающее вещество для поступления в осевое отверстие 30 согласно стрелкам 126. На фиг. 7 в качестве примера для вентиляторов 92, 93, 95, 96 отмечены отверстия 952 вентиляторов 92, 93, 95, 96 для поступления охлаждающего вещества в вентиляторы 92, 93, 95, 96. Осевой вентилятор 95 включает в себя корпус 950, в котором закреплены все компоненты осевого вентилятора 95, и который закреплен на точечных крепежных устройствах 90.
В камере 29 на моментном штыре 210 закреплен датчик 702 для индикации измеряемых величин на валу 704, на котором закреплен пакет сердечника ротора 4. Датчик 702 занимает в радиальных направлениях 71, 72 меньше пространства, чем внутреннее несущее устройство 21. Таким образом, датчик 702 не создает помех для различных типов охлаждения, которые могут реализовываться с улучшениями простым и предпочтительным образом.
Первый пример осуществления соответствующей изобретению серии из электрических машин включает в себя первую электрическую машину 501 согласно фиг. 5 и вторую электрическую машину 1 согласно фиг. 1.
Второй пример осуществления соответствующей изобретению серии из электрических машин включает в себя первую электрическую машину 701 согласно фиг. 7 и вторую электрическую машину 1 согласно фиг. 1.
Третий пример осуществления соответствующей изобретению серии из электрических машин включает в себя первую электрическую машину 501 согласно фиг. 5 и вторую электрическую машину 601 согласно фиг. 6.
Четвертый пример осуществления соответствующей изобретению серии из электрических машин включает в себя первую электрическую машину 501 согласно фиг. 5, вторую электрическую машину 701 согласно фиг. 7, третью электрическую машину 1 согласно фиг. 1 и четвертую электрическую машину 601 согласно фиг. 6.
Несмотря на то, что изобретение было подробно и в деталях определено предпочтительными примерами осуществления, оно не ограничено раскрытыми примерами. Другие варианты могут выводиться из них специалистом, не покидая объем защиты изобретения. Так, например, было бы также возможно то, что охлаждающее вещество, внутренний поток охлаждающего вещества, внешний поток охлаждающего вещества проходят в направлении, противоположном к описанным направлениям потока, даже если при этом достигаются не все преимущества изобретения.