Электрическая машина
ELECTRIC MACHINE

Изобретение относится к области электротехники, а именно к системам охлаждения закрытых электрических машин с охлаждаемым жидкостью статором.
Известна электрическая индукторная машина содержащая корпус, внутри которого размещен статор с зубцами, на которые намотаны электрические обмотки, ротор, на ступице которого размещен магнитопровод, расположенный внутри корпуса на подшипниках, при этом в корпусе выполнены входная и выходная полости для прохода охлаждающей жидкости мимо обмоток статора (RU 2249898 С2, опуб., 23.10.2001).
Недостатками известной машины являются низкая эффективность работы машины как из-за повышенных механических потерь, связанных с вращением ротора в жидкостной среде, а также из-за недостаточной эффективности охлаждения элементов машины, связанной с отсутствием направленной организации движения охлаждающей жидкости мимо нагретых частей машины.
Техническим результатом изобретения является повышение эффективности работы машины за счет снижения механических потерь и снижения неравномерности нагрева частей машины.
Поставленная задача достигается тем, что электрическая индукторная машина, содержит корпус, внутри которого размещен статор с зубцами, на которые намотаны электрические обмотки, ротор со ступицей, магнитопроводом и магнитами, расположенный внутри корпуса на подшипниках и снаружи статора, при этом в корпусе с одной торцевой стороны статора образована входная кольцевая полость, сообщенная с источником охлаждающей жидкости, на другой торцевой стороне статора, противоположной входной полости, расположена выходная кольцевая полость, сообщенная с входной полостью с возможностью прохода в нее охлаждающей жидкости по зазорам между обмотками из входной полости, поверхность ступицы ротора и наружные поверхности стенки, образующей выходную полость, образуют кольцевую центробежную полость, расположенную с торцевой стороны выходной полости и вокруг последней с возможностью сообщения центробежной полости с выходной кольцевой полостью при помощи выполненного в ее стенке по меньшей мере одного радиального отверстия, в корпусе снаружи ротора образована конденсационная кольцевая полость, в ступице ротора выполнены радиальные сквозные каналы с возможностью подачи через них при вращении ротора охлаждающей жидкости из центробежной полости в конденсационную и передачи тепла охлаждающей жидкости на внутреннюю теплообменную поверхность корпуса путем заброса на нее охлаждающей теплообменную поверхность корпуса путем заброса на нее охлаждающей жидкости, а в корпусе выполнено выпускное отверстие для выхода охлаждающей жидкости из конденсационной полости.
Поставленная задача достигается также тем, что внутренняя теплообменная поверхность конденсационной полости может быть выполнена цилиндрической.
Поставленная задача достигается также тем, что конденсационную полость могут использовать в качестве сборника отдавшей тепло охлаждающей жидкости, из которого жидкость возвращают во входную кольцевую полость статора.
Поставленная задача достигается также тем, что ступицу ротора могут использовать в качестве центробежного лопаточного или безлопаточного насоса со сплошной неразрывной стенкой, не допускающей прохода охлаждающей жидкости через ступицу.
Поставленная задача достигается также тем, что в статоре могут быть выполнены осевые каналы для прохода охлаждающей жидкости из входной кольцевой полости в выходную.
Поставленная задача достигается также тем, что в магнитопроводе и магнитах ротора могут быть выполнены дополнительные радиальные каналы для прохода охлаждающей жидкости в конденсационную полость.
Поставленная задача достигается также тем, что все радиальные отверстия в стенке выходной кольцевой полости могут быть расположены в ее части, противоположной выпускному отверстию конденсационной полости относительно оси вращения ротора.
Поставленная задача достигается также тем, что она может содержать теплообменник, через который прокачивают охлаждающую жидкость перед подачей ее во входную кольцевую полость.
Поставленная задача достигается также тем, что в качестве смазочной жидкости подшипников ротора могут использовать охлаждающую жидкость.
Изобретение поясняется при помощи чертежей.
На фиг. 1 показан продольный разрез варианта машины с внешней емкостью охлаждающей жидкости;
На фиг. 2 - продольный разрез варианта с внутренней емкостью охлаждающей жидкости;
На фиг. 3 - поперечный разрез машины;
На фиг. 4 показан местный вид поперечного разреза ротора 5;
На фиг. 5 - местный вид продольного разреза машины.
Описываемая машина содержит корпус 1, внутри которого размещен статор 2 с зубцами, на которые намотаны электрические обмотки 3. Ротор 5 снабжен ступицей 4, магнитопроводом 6 и магнитами 7. Ротор 5 расположен внутри корпуса 1 на подшипниках 8 и снаружи статора 2. В корпусе 1 с одной торцевой стороны статора 2 образована входная кольцевая полость 9, сообщенная с источником охлаждающей жидкости, например, емкостью 10, которая может быть установлена вне корпуса 1. Либо в качестве емкости 10 используют внутреннюю полость корпуса 1. На торцевой стороне статора 2, противоположной входной полости 9, расположена выходная кольцевая полость 11, сообщенная с входной полостью 9 с возможностью прохода в нее охлаждающей жидкости по зазорам между обмотками 3 из входной полости 9. Поверхность ступицы 4 и наружные поверхности стенки 12, образующей выходную полость 11, образуют кольцевую центробежную полость 13, расположенную с торцевой стороны выходной полости 11 и вокруг последней с возможностью сообщения центробежной полости 13 с выходной кольцевой полостью 11 при помощи выполненного в ее стенке 12, по меньшей мере одного радиального отверстия 14. В корпусе 1 снаружи ротора 5 образована конденсационная кольцевая полость 15, в ступице 4 ротора 5 выполнены радиальные сквозные каналы 16 с возможностью подачи через них при вращении ротора 5 охлаждающей жидкости из центробежной полости 13 в конденсационную полость 15 и передачи тепла охлаждающей жидкости на внутреннюю теплообменную поверхность корпуса 1 путем заброса на нее охлаждающей жидкости, а в корпусе 1 выполнено выпускное отверстие 17 для выхода охлаждающей жидкости из конденсационной полости 15.
Внутренняя теплообменная поверхность конденсационной полости 15 выполнена цилиндрической.
Ступица 4 ротора 5 может быть использована в качестве центробежного лопаточного или безлопаточного насоса. При этом стенка может быть выполнена со сквозными отверстиями или со сплошной неразрывной стенкой, не допускающей прохода охлаждающей жидкости через ступицу 4.
В статоре 2 могут быть выполнены осевые каналы 18 для прохода охлаждающей жидкости из входной кольцевой полости 9 в выходную полость 11.
В магнитопроводе 6 могут быть выполнены дополнительные радиальные каналы 19 для прохода охлаждающей жидкости в конденсационную полость 15.
Все радиальные отверстия 14 (или единственное отверстие 14) в стенке 12 выходной кольцевой полости 11 могут быть расположены в ее части, противоположной выпускному отверстию 17 конденсационной полости 15 относительно оси вращения ротора 5. То есть при согласованной с потребителем машины ее ориентации относительно поверхности земли отверстия 14 выполняют в верхней части кольцевой полости 11, а выпускное отверстие 17 - в нижней части конденсационной полости 15.
Машина может содержать дополнительно теплообменник (на чертежах не показан), через который прокачивают охлаждающую жидкость перед подачей ее во входную кольцевую полость 9.
Для смазки подшипников 8 ротора 5 используют охлаждающую жидкость машины.
Описываемое изобретение работает следующим образом. Магнитопровод 6 с магнитами 7 ротора 5 вращаются снаружи неподвижных обмоток 3 статора 2. Охлаждающая жидкость подается во входную кольцевую полость 9, расположенную с торцевой стороны статора 2 и заполняет кольцевую полость 9. Затем, по зазорам между обмотками 3, жидкость перетекает в осевом направлении вдоль статора 2 к противоположной его торцевой стороне и собирается в выходной кольцевой полости 11. При этом вдоль статора 2 жидкость может перетекать также по осевым каналам 18. В зубцах статора 2 для увеличения поверхности теплообмена могут быть также выполнены дополнительные сквозные каналы (на чертежах не показаны).
Из выходной кольцевой полости 11 жидкость попадает в кольцевую центробежную полость 13 через одно или несколько радиальных отверстий 14, которые выполняют в стенке 12 преимущественно верхней части выходной кольцевой полости 11. Центробежные силы при вращении ротора 5 способствуют перемещению охлаждающей жидкости из центробежной полости 13 в конденсационную полость 15 через радиальные сквозные каналы 16 в ступице 4. В конденсационную полость 15 жидкость, растекающаяся по зазору между статором 2 и магнитами 7, попадает также и через дополнительные радиальные каналы 19 в магнитопроводе 6. Попадающая на внутреннюю теплообменную поверхность корпуса 1 в конденсационной полости 15 жидкость отдает тепло внутренних деталей машины во внешний контур теплообмена, расположенный снаружи корпуса 1. Внешним контуром теплообмена могут быть наружные ребра охлаждения 20 корпуса 1, обдуваемые воздухом, либо жидкостная рубашка охлаждения с дополнительным жидкостным контуром (на чертежах не показаны). Внутри конденсационной полости 15 охлаждающая жидкость собирается в нижней ее части. При выполнении варианта с «сухим» корпусом (см. фиг. 1) жидкость откачивается во внешнюю емкость 10, из которой вновь подается во входную кольцевую полость 9, например, после дополнительного ее охлаждения в теплообменнике (на чертежах не показан).
Так как полости охлаждения статора 2 выделены из общего объема корпуса, то потребный объем жидкости минимален, что значительно снижает массу и габариты машины. Кроме того, отсутствие постоянно заполненной жидкостной полости в области, ометаемой ротором, значительно снижает механические потери.
Строгая организация перемещения жидкости с акцентированным контактом именно с наиболее нагретыми деталями машины увеличивает эффективность ее охлаждения и снижает неравномерность нагрева ее деталей.