Торцовая электрическая машина

Полезная модель относится к области электротехники, а именно к торцовой электрической машине, предназначенной для применения в различных областях промышленности.
Известная торцовая электрическая машина (Патент РФ №2321136, кл. Н02К 5/173, опубл. 27.03.2008. Бюл. №9), которая содержит кольцевые магнитопроводы, статор с обмоткой возбуждения, вал ротора с короткозамкнутой обмоткой, подшипниковый щит с подшипниками качения, пружины и регулировочное устройство, при этом одна из пружин является основной и выполнена диаметром, превышающим диаметр вала ротора, и установлена на вал ротора между подшипниками качения для возможности свободного перемещения вала внутри этой основной пружины, при этом с одного торца она упирается в тело одного подшипника качения, а другим торцом упирается в тело другого подшипника качения с возможностью перемещения вала ротора вдоль своей оси, а дополнительная пружина установлена между подшипником качения и ротором, при этом одним торцом она упирается в тело подшипника качения, другим торцом упирается в тело ротора.
Недостатком данной машины, несмотря на ее простоту, является низкая надежность работы ввиду недостаточной эффективности охлаждения внутренних лобовых частей обмоток статора, так как охлаждение происходит естественным путем, без дополнительного обдува воздухом внутренних лобовых частей обмоток статора, например вентилятором.
Наиболее близким техническим решением к заявляемой полезной модели является торцовая электрическая асинхронная машина (Патент РФ №159101, кл. Н02К 17/16, опубл. 27.01.2016, Бюл.№3), которая содержит кольцевые магнитопроводы, статор с обмотками возбуждения, ротор с витым кольцевым магнитопроводом и короткозамкнутой обмоткой, отделенные друг от друга воздушным зазором, вал, подшипниковый щит с подшипниками качения, при этом дополнительно установлена втулка с вентиляционными лопатками, изготовленная из виброгасящего материала, насаженная на вал ротора таким образом, что одна ее сторона упирается во внутреннее вращающееся кольцо подшипника, воспринимающего осевую нагрузку ротора, а другая сторона - в тело торцовой части ротора, подшипниковый щит с подшипниками качения, при этом в подшипниковых щитах и роторе выполнены вентиляционные отверстия для движения воздушных потоков.
Недостатком данной машины является низкая надежность, обусловленная недостаточным охлаждением внутренних лобовых частей многослойных обмоток статора воздушным потоком от вентиляционных лопастей втулки, насаженной на вал ротора
Задачей полезной модели является повышение надежности работы торцовой электрической машины.
Техническим результатом полезной модели является снижение температуры нагрева обмоток статора.
Технический результат достигается тем, что торцовая электрическая машина включает кольцевые магнитопроводы, статор с обмотками возбуждения, ротор с витым кольцевым магнитопроводом и короткозамкнутой обмоткой, отделенные друг от друга воздушным зазором, вал с насаженной на него втулкой с вентиляционными лопатками, одна сторона которой упирается во внутреннее вращающееся кольцо подшипника, воспринимающего осевую нагрузку ротора, а другая сторона - в тело торцовой части ротора, нижний и верхний подшипниковые щиты с подшипниками качения, при этом в нижнем подшипниковом щите выполнены вентиляционные отверстия для движения воздушных потоков, а ротор выполнен полым и закреплен на валу посредством запрессованной в него втулки с ребрами жесткости, внутреннее кольцо которой соединено с валом, а внешнее кольцо - с внутренним кольцом короткозамкнутой обмотки ротора, при этом поверхность вентиляционных лопаток и ребра жесткости выполнены под одинаковым углом к оси вала, в верхнем подшипниковом щите дополнительно выполнена пара вентиляционных отверстий для отвода воздушных потоков.
Выполнение ротора полым и его закрепление на валу посредством запрессованной в него втулки с ребрами жесткости, внутреннее кольцо которой соединено с валом, а внешнее кольцо - с внутренним кольцом короткозамкнутой обмотки ротора, обеспечивает всасывание холодного воздуха через вентиляционные отверстия в верхнем подшипниковом щите и образование дополнительного холодного воздушного потока, который соединяется с воздушным потоком, образованным при вращении втулки с вентиляционными отверстиями. При объединении два встречных холодных воздушных потока создают зону высокой турбулентности, что позволяет обеспечить более качественный обдув и высокую степень охлаждения внутренних лобовых частей первого и второго ряда обмоток. Выполнение поверхности вентиляционных лопаток, втулки, насаженной на вал, одна сторона которой упирается во внутреннее вращающееся кольцо подшипника, воспринимающего осевую нагрузку ротора, а другая сторона - в тело торцовой части ротора и ребер жесткости втулки, запрессованной в ротор, под одинаковым углом к оси вала позволяет обеспечить максимальную скорость всасывания воздуха вовнутрь машины.
Расположение в верхнем подшипниковом щите дополнительной пары вентиляционных отверстий обеспечивает быстрый отвод горячего воздуха, образованного при охлаждении холодными воздушными потоками вала, внутренних лобовых частей первого и второго ряда обмоток, из внутренней полости машины. Таким образом, совокупность указанных признаков обеспечивает снижение температуры нагрева обмоток статора, что позволяет повысить надежность работы торцовой электрической машины. На чертеже представлена торцовая электрическая машина.
Торцовая электрическая машина содержит магнитопровод, статор 1 с m-фазной обмоткой возбуждения 2, ротор 3 с витым кольцевым магнитопроводом 4, с короткозамкнутой обмоткой 5, отделенные друг от друга воздушным зазором 5. При этом ротор 3 выполнен полым и закреплен на валу 6 посредством запрессованной в него втулки с ребрами жесткости 13, внутреннее кольцо 17 которой соединено с валом 6, а внешнее кольцо 18 - с внутренним кольцом короткозамкнутой обмотки 5 ротора 3. На вал 6 также насажена втулка 11 с вентиляционными лопатками, одна сторона которой упирается во внутреннее вращающееся кольцо подшипника 8, воспринимающего осевую нагрузку ротора 3, а другая сторона - в тело торцовой части ротора 3. Поверхность вентиляционных лопаток втулки 11 и ребра жесткости 13 запрессованной в вал 6 втулки выполнены под одинаковым углом к оси вала 6.
Нижний подшипниковый щит 16 с подшипниками качения 8, при этом в нижнем подшипниковом щите 16 выполнены вентиляционные отверстия 7 и 12 для движения воздушных потоков. Верхний подшипниковый щит 10 с подшипниками качения 9 и вентиляционными отверстиями 14, а также дополнительно выполненной парой вентиляционных отверстий 15 для отвода воздушных потоков.
Работает торцовая электрическая машина следующим образом.
При пуске машины под действием осевой силы магнитного притяжения ротор 3 с витым кольцевым магнитопроводом 4 прижимает втулку 11 с вентиляционными лопатками, расположенными под углом к валу, к вращающейся поверхности внутреннего кольца подшипника 8 так, что она начинает вращаться вместе с валом 6, обеспечивая тем самым всасывание холодного воздуха через вентиляционные отверстия 7 нижнего подшипникового щита 16, обдув им внутренних лобовых частей обмоток возбуждения 2 первого ряда статора 1, а втулка с ребрами жесткости 13, расположенными под углом к валу 6, соединенная внутренним кольцом 17 с валом 6, а внешним кольцом 18 с короткозамкнутой обмоткой 5, находящейся в магнитопроводе 5 ротора 3, обеспечивает подачу холодного воздуха через вентиляционные отверстия 14 верхнего подшипникового щита 10 с подшипниками качения 9 на внутреннюю лобовую часть обмоток возбуждения 2 второго ряда статора 1. Встречные воздушные потоки, создаваемые втулкой 11 с вентиляционными лопатками и втулкой с ребрами жесткости 13, создают зону высокой турбулентности, которая обеспечивает повышение степени обдува охлаждаемых поверхностей. Затем происходит выброс образованного горячего воздуха через воздушный зазор 8, между ротором 3 и магнитопроводом статора 1 через вентиляционные окна 12, 15 подшипниковых щитов 16 и 10 соответственно, обеспечивая тем самым более эффективное охлаждение электрической машины при простоте ее конструкции.
Предлагаемая торцовая электрическая машина по сравнению с вышеописанными аналогами более надежна в работе благодаря лучшему охлаждению обмоток статора.