УСТРОЙСТВО ОХЛАЖДЕНИЯ ВРАЩАЮЩЕЙСЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ МАШИНЫ
COOLING DEVICE OF ROTARY ELECTRIC MACHINE

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к устройству охлаждения вращающейся электрической машины и к вращающейся электрической машине, содержащей данное устройство.
Уровень техники
Некоторые вращающиеся электрические машины принимают наружный воздух и обеспечивают циркуляцию данного воздуха внутри, чтобы охлаждать внутреннюю часть вращающейся электрической машины. Корпус вращающейся электрической машины обычно содержит одно отверстие (впускное отверстие) для приема наружного воздуха и одно отверстие (выпускное отверстие) для выпуска воздуха, принятого из впускного отверстия, после циркуляции по корпусу.
В известном способе циркуляции воздуха по корпусу для охлаждения внутренней части вращающейся электрической машины наружный воздух (газообразный охладитель) принимается и циркулирует по внутренней части вращающейся электрической машины посредством использования охлаждающего вентилятора, который расположен во вращающейся электрической машине, как описано, например, в патентном документе 1.
[Патентный документ 1] Патент Японии № 3047915
Раскрытие изобретения
Техническая проблема
Воздух, принятый из впускного отверстия, сначала охлаждает подшипники, которые поддерживают вращающийся вал. Затем воздух охлаждает ротор и статор и выпускается из выпускного отверстия. Имеется по меньшей мере два подшипника, которые расположены соответственно на стороне нагрузки и на стороне, противоположной нагрузке, вращающегося вала, чтобы поддерживать вращающийся вал.
Для того чтобы охладить сначала каждый из двух подшипников приточным воздухом, необходимо образовать по меньшей мере два впускных отверстия. В таком случае корпус вращающейся электрической машины содержит два впускных отверстия и одно выпускное отверстие, т.е. всего три отверстия.
Трубопроводная система, подсоединяемая к каждому из впускного и выпускного отверстий, расположена за пределами корпуса вращающейся электрической машины. Когда корпус содержит два впускных отверстия, трубопроводная система может быть усложненной по конфигурации, поскольку трубопровод, подсоединяемый к впускным отверстиям, должен быть разветвленным. Если трубопроводная система имеет усложненную конфигурацию, то требуется более широкое пространство, чтобы установить вращающуюся электрическую машину и вспомогательное оборудование, такое как трубопроводная система.
Настоящее изобретение создано с учетом вышеупомянутых обстоятельств, и его задача заключается в том, чтобы обеспечить установку вращающейся электрической машины и ее вспомогательного оборудования в меньшем пространстве.
Решение проблемы
Для достижения вышеописанной задачи предложено устройство охлаждения вращающейся электрической машины, причем устройство для охлаждения вращающейся электрической машины для охлаждения вращающейся электрической машины газообразной средой, причем вращающаяся электрическая машина включает в себя:
вращающийся вал, который поддерживается с возможностью вращения по меньшей мере двумя подшипниками и проходит горизонтально; ротор, который расположен между двумя подшипниками и прикреплен к вращающемуся валу, чтобы вращаться вокруг вращающегося вала; и статор, который выполнен таким образом, что прокладки и комплекты стальных пластин уложены стопой поочередно в осевом направлении, причем комплекты стальных пластин каждый выполнен посредством соединения в осевом направлении множества стальных пластин, выполненных в форме шайб, которые окружают радиально наружную часть ротора, при этом поддерживая заданный радиальный зазор от ротора в радиальном направлении, причем прокладки, каждая, выполнены в форме шайбы, которая окружает радиально наружную часть ротора, при этом поддерживая радиальный зазор, причем прокладки, каждая, содержат множество радиальных канавок, посредством которых их радиальные внутренняя часть и наружная часть сообщаются друг с другом, причем устройство охлаждения вращающейся электрической машины включает в себя: корпус, который содержит одно впускное отверстие и одно выпускное отверстие и выполнен с возможностью размещения по меньшей мере ротора и статора, причем впускное отверстие открывается наружу на одной из осевых сторон статора и способно принимать газообразную среду, а выпускное отверстие открывается наружу на другой осевой стороне статора и выпускает газообразную среду; и вентилятор циркуляции, который выполнен таким образом, что газообразная среда, принятая из впускного отверстия, циркулирует по корпусу и выпускается из выпускного отверстия, причем устройство охлаждения вращающейся электрической машины отличается тем, что в корпусе образованы первый и второй каналы циркуляции газообразной среды, причем в первом канале циркуляции газообразной среды часть газообразной среды, принятая из впускного отверстия, перемещается по направлению к вращающемуся валу, перемещается рядом с одним из подшипников и затем подается в радиальный зазор, перемещается через радиальный зазор в одном направлении вдоль осевого направления и проходит через радиальные канавки из радиального зазора и выпускается из выпускного отверстия, и во втором канале циркуляции газообразной среды часть газообразной среды, принятая из впускного отверстия, отклоняется от направления перемещения к вращающемуся валу, перемещается радиально с наружной стороны статора в одном направлении вдоль осевого направления и затем перемещается по направлению к вращающемуся валу, перемещается рядом с другим подшипником и затем подается в радиальный зазор, перемещается в осевом направлении через радиальный зазор в направлении, противоположном упомянутому одному направлению, и проходит через радиальные канавки из радиального зазора, соединяясь с первым каналом циркуляции газообразной среды, и выпускается из выпускного отверстия.
Описана также вращающаяся электрическая машина, содержащая: вращающийся вал, который поддерживается с возможностью вращения по меньшей мере двумя подшипниками и проходит горизонтально; ротор, который расположен между двумя подшипниками и прикреплен к вращающемуся валу, чтобы вращаться вокруг вращающегося вала; статор, который выполнен таким образом, что прокладки и комплекты стальных пластин уложены стопой поочередно в осевом направлении, причем комплекты стальных пластин, каждый, выполнены посредством соединения в осевом направлении множества стальных пластин, выполненных в форме шайб, которые окружают радиально наружную сторону ротора, при этом поддерживая заданный радиальный зазор от ротора в радиальном направлении, причем прокладки, каждая, выполнены в форме шайбы, которая окружает радиально наружную сторону ротора, при этом поддерживая радиальный зазор, причем прокладки, каждая, содержат множество радиальных канавок, посредством которых их радиальные внутренняя и наружная части сообщаются друг с другом; корпус, который содержит одно впускное отверстие и одно выпускное отверстие и выполнен с возможностью размещения по меньшей мере ротора и статора, причем впускное отверстие открывается наружу на одной из осевых сторон статора и способно принимать газообразную среду, а выпускное отверстие открывается наружу на другой осевой стороне статора и выпускает газообразную среду; и вентилятор циркуляции, который выполнен таким образом, что газообразная среда, принятая из впускного отверстия, циркулирует по корпусу и выпускается из выпускного отверстия, причем вращающаяся электрическая машина отличается тем, что в корпусе образованы первый и второй каналы циркуляции газообразной среды, причем в первом канале циркуляции газообразной среды часть газообразной среды, принятая из впускного отверстия, перемещается по направлению к вращающемуся валу, перемещается рядом с одним из подшипников и затем подается в радиальный зазор, перемещается через радиальный зазор в одном направлении вдоль осевого направления, и проходит через радиальные канавки из радиального зазора и выпускается из выпускного отверстия, и во втором канале циркуляции газообразной среды часть газообразной среды, принятая из впускного отверстия, отклоняется от направления перемещения к вращающемуся валу, перемещается радиально с наружной стороны статора в одном направлении вдоль осевого направления и затем перемещается по направлению к вращающемуся валу, перемещается рядом с другим подшипником и затем подается в радиальный зазор, перемещается в осевом направлении через радиальный зазор в направлении, противоположном упомянутому одному направлению, и проходит через радиальные канавки из радиального зазора, соединяясь с первым каналом циркуляции газообразной среды, и выпускается из выпускного отверстия.
Преимущества изобретения
В соответствии с настоящим изобретением можно обеспечить установку вращающейся электрической машины и ее вспомогательного оборудования в меньшем пространстве.
Краткое описание чертежей
Фиг.1 представляет собой схематичный вид спереди с местным разрезом вращающейся электрической машины в соответствии с первым вариантом осуществления настоящего изобретения.
Фиг.2 представляет собой схематичный вид спереди с местным разрезом вращающейся электрической машины в соответствии со вторым вариантом осуществления настоящего изобретения.
Фиг.3 представляет собой схематичный вид спереди с местным разрезом вращающейся электрической машины в соответствии с третьим вариантом осуществления настоящего изобретения.
Описание вариантов осуществления
Ниже описаны варианты осуществления вращающейся электрической машины в соответствии с настоящим изобретением со ссылкой на чертежи.
Первый вариант осуществления
Первый вариант осуществления вращающейся электрической машины в соответствии с настоящим изобретением описан со ссылкой на фиг.1. Фиг.1 представляет собой схематичный вид спереди с местным разрезом вращающейся электрической машины в соответствии с данным вариантом осуществления.
Сначала приведено описание конфигурации вращающейся электрической машины в соответствии с данным вариантом осуществления. Вращающаяся электрическая машина в соответствии с данным вариантом осуществления включает в себя: вращающийся вал 10, который проходит по существу горизонтально; ротор 11, который прикреплен к вращающемуся валу 10 и вращается вокруг вращающегося вала 10; статор 20, который является неподвижным и выполнен таким образом, чтобы закрывать ротор 11 с радиально наружной стороны; и корпус 30, который размещает по меньшей мере статор 20 и ротор 11. Корпус 30 и вентилятор 12 циркуляции и т.п. для циркуляции воздуха по корпусу 30 образуют устройство для охлаждения вращающейся электрической машины.
Один из концов вращающегося вала 10 соединен с нагрузкой. На фиг.1 нагрузка не показана, хотя нагрузка соединена с правой частью вращающегося вала 10. Вращающийся вал 10 поддерживается с возможностью вращения двумя подшипниками (не показаны), которые расположены по существу горизонтально соответственно на стороне нагрузки и на стороне, противоположной нагрузке, на расстоянии друг от друга. Ротор 11 расположен таким образом, чтобы закрывать вращающийся вал 10 с радиально наружной стороны.
Статор 20 выполнен из комплектов стальных пластин 21 и прокладок 22, которые уложены стопой поочередно в осевом направлении. Каждый комплект стальных пластин 21 состоит из множества стальных пластин, выполненных в форме шайбы, которые соединяются в осевом направлении. Множество стальных пластин, каждое, выполнено таким образом, чтобы закрывать ротор 11 с радиально наружной стороны, при этом поддерживая заданный радиальный зазор 24 от ротора 11 в радиальных направлениях. Прокладки 22 выполнены в форме шайбы, которая закрывает ротор 11 с радиально наружной стороны, при этом поддерживая радиальный зазор 24. Прокладки 22 содержат множество радиальных канавок (не показаны), которые выполнены таким образом, что радиальные внутренняя часть и наружная часть сообщаются друг с другом. Радиальный зазор 24 и радиальные канавки обеспечивают циркуляцию газообразной среды, такой как воздух.
Корпус 30 содержит одно впускное отверстие 31 для приема наружного воздуха и одно выпускное отверстие 32 для выпуска воздуха из корпуса 30. Впускное отверстие 31 открывается по существу вертикально над окрестностью осевого конца статора 20 на стороне, противоположной нагрузке (левой стороне на фиг.1). Выпускное отверстие 32 открывается по существу вертикально над окрестностью осевого конца статора 20 на стороне нагрузки.
В корпусе 30 предусмотрен воздушный канал 33 на стороне, противоположной нагрузке, по которому воздух, принятый из впускного отверстия 31, может проходить мимо конца статора 20 на стороне, противоположной нагрузке, перемещаясь вниз по направлению к вращающемуся валу 10. Два горизонтальных канала 35 образованы над статором 20, по обе стороны от восходящего канала 36 (описанного ниже), который образован прямо над статором 20. Оба горизонтальных канала 35 продолжаются радиально с наружной стороны (над) статором 20 вдоль осевого направления, таким образом, чтобы быть параллельными друг другу. Стороны, противоположные нагрузке, двух горизонтальных каналов 35 выполнены с возможностью сообщаться с воздушным каналом 33 на стороне, противоположной нагрузке. Между тем на стороне нагрузки статора 20 образован воздушный канал 34 на стороне нагрузки, который сообщается со сторонами нагрузки двух горизонтальных каналов 35. То есть горизонтальные каналы 35 позволяют воздушному каналу 33 на стороне, противоположной нагрузке, и воздушному каналу 34 на стороне нагрузки сообщаться друг с другом.
Вентилятор 12 циркуляции расположен в корпусе 30, прямо над статором 20 и между впускным отверстием 31 и выпускным отверстием. Между тем восходящий канал 36 между двумя горизонтальными каналами 35 выполнен таким образом, чтобы продолжаться вверх от статора 20 к вентилятору 12 циркуляции. Вентилятор 12 циркуляции представляет собой вентилятор, который вращается при помощи электродвигателя 13 вентилятора циркуляции, и вращается вокруг оси вращения, которая проходит по существу вертикально. Вентилятор 12 циркуляции выполнен таким образом, чтобы принимать воздух, перемещающийся по восходящему каналу 36, и выпускать воздух из выпускного отверстия 32.
В корпусе 30 образован выпускной воздушный канал 37, который продолжается от выпускного отверстия 32 к вентилятору 12 циркуляции. Выпускной воздушный канал 37 представляет собой горизонтально продолжающийся канал, позволяющий воздуху в корпусе 30, принятому вентилятором 12 циркуляции, перемещаться по направлению к выпускному отверстию 32.
Охлаждающее устройство включает в себя два канала циркуляции воздуха, образованные в корпусе 30, а именно первый канал 51 циркуляции воздуха и второй канал 52 циркуляции воздуха. На фиг.1 первый канал 51 циркуляции воздуха показан сплошными стрелками, а второй канал 52 циркуляции воздуха показан пунктирными стрелками.
Первый канал 51 циркуляции воздуха представляет собой систему преимущественно для охлаждения подшипника, расположенного на стороне, противоположной нагрузке, а второй канал 52 циркуляции воздуха представляет собой систему преимущественно для охлаждения подшипника, расположенного на стороне нагрузки. Ниже приведено описание потоков воздуха в первом канале 51 циркуляции воздуха и втором канале 52 циркуляции воздуха соответственно.
В первом канале 51 циркуляции воздуха часть воздуха, принятого из впускного отверстия 31, сначала опускается по каналу на стороне, противоположной нагрузке, по направлению к вращающемуся валу 10. Затем воздух перемещается рядом с подшипником на стороне, противоположной нагрузке, охлаждая подшипник на стороне, противоположной нагрузке.
Воздух, перемещающийся рядом с подшипником на стороне, противоположной нагрузке, подается в радиальный зазор 24, который образован между ротором 11 и статором 20. Поступающий воздух перемещается через радиальный зазор 24 вдоль осевого направления со стороны, противоположной нагрузке, в сторону нагрузки, т.е. слева направо на фиг.1. При этом радиальная наружная поверхность ротора 11, статор 20 и т.п. охлаждаются данным воздухом.
Воздух, перемещающийся через радиальный зазор 24 со стороны, противоположной нагрузке, в сторону нагрузки, проходит через радиальные канавки, образованные в прокладках 22, достигая восходящего канала 36, и поднимается по направлению к вентилятору 12 циркуляции. При этом статор 20 охлаждается воздухом, проходящим через радиальные канавки. Воздух, который перемещается по восходящему каналу 36 и впускается в вентилятор 12 циркуляции, проходит через выпускной воздушный канал 37 и выпускается из выпускного отверстия 32. Таким образом осуществляется перемещение воздуха в первом канале 51 циркуляции воздуха.
Во втором канале 52 циркуляции воздуха часть воздуха, принятого из впускного отверстия 31, с самого начала отклоняется от прохождения вниз по воздушному каналу 33 на стороне, противоположной нагрузке, по направлению к вращающемуся валу 10 и перемещается в оба горизонтальных канала 35. Воздух, перемещающийся в два горизонтальных канала 35, перемещается по горизонтальным каналам 35 со стороны, противоположной нагрузке, в сторону нагрузки, т.е. слева направо на фиг.1, и перемещается в воздушный канал 34 на стороне нагрузки.
Воздух, перемещающийся в воздушный канал 34 на стороне нагрузки, перемещается рядом с подшипником на стороне нагрузки, тем самым охлаждая данный подшипник. Воздух, перемещающийся рядом с подшипником на стороне нагрузки, подается в радиальный зазор 24 в направлении со стороны нагрузки в сторону, противоположную нагрузке, т.е. справа налево на фиг.1.
Воздух, который перемещается через радиальный зазор 24 со стороны нагрузки в сторону, противоположную нагрузке, проходит через радиальные канавки и восходящий канал 36 и поднимается по направлению к вентилятору 12 циркуляции. При этом воздух вступает в первый канал 51 циркуляции воздуха. Ротор 11 и статор 20 охлаждаются воздухом, как в первом канале 51 циркуляции воздуха. Воздух, принятый в вентилятор 12 циркуляции, проходит через выпускной воздушный канал 37 и выпускается из выпускного отверстия 32. Таким образом осуществляется перемещение воздуха во втором канале 52 циркуляции воздуха.
Предпочтительно, стенки горизонтальных каналов 35 могут быть покрыты теплоизоляционным материалом или подобным материалом, так что воздух, перемещающийся по каждому горизонтальному каналу 35, не будет обмениваться теплом с воздухом в восходящем канале 36.
Воздушный канал 33 на стороне, противоположной нагрузке, в окрестности впускного отверстия 31, радиальные канавки и восходящий канал 36 являются общими для первого канала 51 циркуляции воздуха и второго канала 52 циркуляции воздуха.
Воздушный канал 33 на стороне, противоположной нагрузке, предпочтительно, выполнен так, что ответвления в первый канал 51 циркуляции воздуха и второй канал 52 циркуляции воздуха имеют по существу одинаковую площадь поперечного сечения канала. То есть место пересечения между двумя горизонтальными каналами 35 и воздушным каналом 33 на стороне, противоположной нагрузке, предпочтительно, имеет площадь поперечного сечения канала по существу такую же, как площадь поперечного сечения воздушного канала 33 на стороне, противоположной нагрузке, который проходит прямо вниз к вращающемуся валу 10. При этом для уменьшения сопротивления потоку воздуха могут быть выполнены спрямляющие лопатки. Это может сделать первый канал 51 циркуляции воздуха и второй канал 52 циркуляции воздуха почти одинаковыми по скорости перемещения воздуха, так что подшипники на стороне нагрузки и на стороне, противоположной нагрузке, могут охлаждаться одинаково.
Потоки воздуха как в первом канале 51 циркуляции воздуха, так и во втором канале 52 циркуляции воздуха возникают в результате принудительной циркуляции, которая вызывается вентилятором 12 циркуляции. Следует отметить, что вентилятор 12 циркуляции в соответствии с данным вариантом осуществления выполнен таким образом, что он размещается на стороне, расположенной ниже по потоку, как первого канала 51 циркуляции воздуха, так и второго канала 52 циркуляции воздуха и принимает воздух из систем 51 и 52.
Как можно понять из приведенного выше описания, в соответствии с данным вариантом осуществления, наружный воздух может приниматься из одного впускного отверстия 31, циркулировать по корпусу 30 и выпускаться из одного выпускного отверстия 32. Поскольку впускное отверстие 31 и выпускное отверстие 32 выполнены, каждое, в одном участке, конфигурация трубопроводной системы, которая подсоединяется к вращающейся электрической машине для подачи охлаждающего воздуха, может быть упрощена. Таким образом, вращающаяся электрическая машина и вспомогательное оборудование вращающейся электрической машины, такое как трубопроводная система, могут быть установлены в меньшем пространстве.
Второй вариант осуществления
Второй вариант осуществления вращающейся электрической машины в соответствии с настоящим изобретением описан со ссылкой на фиг.2. Фиг.2 представляет собой схематичный вид спереди с местным разрезом вращающейся электрической машины в соответствии с данным вариантом осуществления. Данный вариант осуществления является модификацией первого варианта осуществления. Детали, идентичные или подобные деталям первого варианта осуществления, обозначены одинаковыми ссылочными позициями, и повторное описание не приводится.
Вентилятор 12 циркуляции в соответствии с данным вариантом осуществления расположен на стороне, расположенной выше по потоку, впускного отверстия 31. Более конкретно, вентилятор 12 циркуляции выполнен таким образом, что он расположен на стороне, расположенной выше по потоку, как первого канала 51 циркуляции воздуха, так и второго канала 52 циркуляции воздуха и подает воздух в сторону, расположенную ниже по потоку. При этом восходящий канал 36 непосредственно соединен с выпускным воздушным каналом 37. В примере, показанном на фиг.2, впускное отверстие 31 открывается горизонтально. Электродвигатель 13 вентилятора циркуляции расположен за пределами корпуса 30, рядом с впускным отверстием 31. Вращающийся вал электродвигателя 13 вентилятора циркуляции расположен горизонтально.
Таким образом, можно обеспечить такой же эффект, как эффект первого варианта осуществления и дополнительно упростить внутреннее устройство корпуса 30 над статором 20.
Третий вариант осуществления
Третий вариант осуществления вращающейся электрической машины в соответствии с настоящим изобретением описан со ссылкой на фиг.3. Фиг.3 представляет собой схематичный вид спереди с местным разрезом вращающейся электрической машины в соответствии с данным вариантом осуществления. Данный вариант осуществления является модификацией первого варианта осуществления. Детали, идентичные или подобные деталям первого варианта осуществления, обозначены одинаковыми ссылочными позициями, и повторное описание не приводится.
Вентиляторы 12 циркуляции в соответствии с данным вариантом осуществления расположены на обеих осевых сторонах статора 20, т.е. на стороне нагрузки и на стороне, противоположной нагрузке. Вентиляторы 12 циркуляции вращаются при помощи вращающегося вала 10. Восходящий канал 36 непосредственно соединен с выпускным воздушным каналом 37.
Два вентилятора 12 циркуляции выполнены с возможностью принимать воздух рядом с впускным отверстием 31 и обеспечивать циркуляцию воздуха по первому и второму каналам 51 и 52 циркуляции воздуха соответственно. Воздух, принятый вентиляторами 12 циркуляции, подается в радиальный зазор 24 с соответствующих осевых сторон. Воздух, подаваемый в радиальный зазор 24 как со стороны нагрузки, так и со стороны, противоположной нагрузке, проходит через радиальные канавки, чтобы встретиться в восходящем канале 36, и выпускается из выпускного отверстия 32.
Таким образом, может быть получен такой же эффект, как и эффект первого варианта осуществления. Поскольку электродвигатель 13 вентилятора циркуляции является необязательным, можно дополнительно упростить внутреннее устройство корпуса 30 над статором 20.
Другие варианты осуществления
Описание вышеупомянутых вариантов осуществления приведено в качестве иллюстрации настоящего изобретения и не предназначено для ограничения изобретений, изложенных в прилагаемой формуле изобретения. Каждый отдельный элемент или конфигурация настоящего изобретения не ограничивается вышеупомянутыми вариантами осуществления, и различные модификации могут быть осуществлены в пределах объема прилагаемой формулы изобретения.
Например, хотя в первом варианте осуществления впускное отверстие 31 и выпускное отверстие 32 открываются вертикально, данные отверстия этим не ограничены. Например, данные отверстия могут быть выполнены с возможностью открываться горизонтально. В таком случае вентилятор 12 циркуляции может быть расположен сбоку, чтобы принимать воздух из внутренней части корпуса 30.
Впускное отверстие 31 и выпускное отверстие 32 могут быть выполнены на противоположных осевых сторонах.
Перечень ссылочных позиций
10: вращающийся вал
11: ротор
12: вентилятор циркуляции
13: электродвигатель вентилятора циркуляции
20: статор
21: комплект стальных пластин
22: прокладка
24: радиальный зазор
30: корпус
31: впускное отверстие
32: выпускное отверстие
33: воздушный канал на стороне, противоположной нагрузке
34: воздушный канал на стороне нагрузки
35: горизонтальный канал
36: восходящий канал
37: выпускной воздушный канал
51: первый канал циркуляции воздуха
52: второй канал циркуляции воздуха