ВЕНТИЛЬНО-ИНДУКТОРНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ С ПРИНУДИТЕЛЬНЫМ ВОЗДУШНЫМ ОХЛАЖДЕНИЕМ

Область техники
Предложение относится к частотно-регулируемому электроприводу и может быть применено при конструировании и изготовлении вентильно-индукторных двигателей с принудительным воздушным охлаждением.
Уровень техники
Известны электрические машины с принудительным воздушным охлаждением, содержащие корпус с аксиально оребренной наружной поверхностью, вентилятор с воздуховодом, подводящим охлаждающий воздух в торец корпуса, и размещенные в корпусе шихтованные пакеты статора с фазными обмотками и шихтованные пакеты ротора, закрепленные на валу двигателя [1-3]. Охлаждение машин [1-3] характеризуется наличием аксиальных воздушных потоков, обдувающих шихтованные пакеты статора, ротора и оребренную поверхность корпуса.
Общим недостатком конструкций электрических машин [1-3] является невысокая эффективность теплоотвода от корпуса и размещенных в нем пакетов статора, что приводит к повышению температуры во внутренних областях пакетов статора и соответствующему снижению надежности двигателя. Этот недостаток в конструкции [1] обусловлен отсутствием каналов охлаждения внутри пакетов статора и в корпусе, а в конструкциях [2, 3] - использованием в качестве каналов охлаждения полых ребер, сформированных на поверхности корпуса из гофрированного металлического листа и поэтому имеющих плохую тепловую связь с корпусом.
Указанный недостаток особенно сильно проявляется в случае использования конструктивных решений [1-3] для охлаждения вентильно-индукторных двигателей, что обусловлено повышенной частотой питания их фазных обмоток от вентильных преобразователей, увеличивающей потери в стали, а также тем, что в таких двигателях основная доля тепловых потерь выделяется в статорной части машины, где располагаются как фазные обмотки, так и обмотки возбуждения двигателя.
Раскрытие существа полезной модели
Задача полезной модели - повышение эффективности охлаждения двигателя.
Технический результат, достигаемый при использовании полезной модели - повышение эффективности отвода тепла от наиболее нагруженных в тепловом отношении элементов вентильно-индукторного двигателя, снижение их рабочей температуры и соответствующее увеличение надежности двигателя.
Предметом полезной модели является вентильно-индукторный двигатель, содержащий корпус с аксиально оребренной поверхностью, вентилятор, подающий охлаждающий воздух в торец корпуса, и размещенные во внутренней полости корпуса зубчатые пакеты статора с фазными обмотками, кольцевые обмотки возбуждения и зубчатые пакеты ротора, закрепленные на валу, установленном в опорах вращения. При этом в зубчатых пакетах статора выполнены аксиальные каналы внутреннего охлаждения, а оребренная поверхность корпуса, по меньшей мере, частично покрыта приваренными к вершинам ребер стальными листами с созданием каналов наружного охлаждения между ребрами.
Приведенная совокупность признаков позволяет получить указанный выше технический результат.
Полезная модель имеет развитие, направленное на упрощение конструкции в частном случае ее осуществления. Развитие состоит в том, что входы в каналы наружного охлаждения выполнены из внутренней полости корпуса двигателя.
Осуществление полезной модели с учетом ее развития
На фиг.1 и фиг.2 показан пример осуществления предлагаемого вентильно-индукторного двигателя. На фиг 1 представлен общий вид двигателя, на фиг.2 - сечение корпуса двигателя с установленными в нем пакетами статора (условно без обмоток).
Двигатель на фиг.1 и фиг.2 содержит корпус 1 (в форме срезанного пустотелого цилиндра), на поверхности которого выполнены в аксиальном направлении теплоотводящие ребра 2, и автономный вентилятор 3, подающий воздух в торец корпуса 1 посредством направляющего воздуховода 4. Во внутренней полости корпуса 1 закреплены две пары зубчатых пакетов 5 статора с фазными обмотками 6 и две кольцевые обмотки 7 возбуждения, по одной на каждую пару пакетов 5.
Две пары зубчатых пакетов 8 ротора закреплены на валу 9, установленном в опорах вращения 10 с помощью втулки 11 из магнитомягкого материала, обеспечивающей магнитную связь между пакетами 8 ротора.
Пакеты 5 статора и пакеты 8 ротора шихтованы из листов электротехнической стали. Число зубцов пакетов статора и ротора различно.
В пакетах 5 статора в аксиальном направлении выполнены каналы 12 внутреннего охлаждения так, что под каждым пазом пакета 5 статора размещена пара каналов 12. Оребренная поверхность корпуса 1 частично покрыта приваренными к вершинам ребер 2 стальными листами 13 с созданием каналов 14 наружного охлаждения в промежутках между ребрами 2.
Вентилятор 3 с воздуховодом 4, каналы 12 внутреннего охлаждения и каналы 14 наружного охлаждения образуют систему принудительного охлаждения двигателя. Вентилятор 3 может, как в представленном примере, иметь автономный привод и подавать охлаждающий воздух в торец двигателя через воздуховод 4 или иметь кинематическую связь с валом 9 двигателя (например, вентилятор 3 может быть закреплен непосредственно на валу 9). В последнем случае входы 15 в каналы 14 наружного охлаждения могут быть выполнены из внутренней полости корпуса 1.
Устройство работает следующим образом.
На обмотки 7 возбуждения и фазные обмотки 6, а также на электродвигатель автономного вентилятора 3 подаются от внешних источников соответствующие питающие напряжения. Магнитные потоки, создаваемые фазными обмотками 6 и обмотками 7 возбуждения, замыкаются через пакеты 8 ротора. Принцип действия двигателя основан на магнитном притяжении зубца пакета ротора к ближайшему зубцу пакета статора. Соответствующие токи в фазных обмотках 6, задаваемые питающими их вентильными преобразователями, и неравенство зубцов в пакетах 5 статора и пакетах 8 ротора обеспечивают плавное вращение вала 9 с регулируемой частотой и требуемым вращающим моментом.
При этом охлаждение двигателя осуществляется следующим образом.
Вращающийся вентилятор 3 гонит атмосферный воздух через направляющий воздуховод 4 в торец корпуса 1, где охлаждающий воздух разделяется на:
- первый поток, проходящий вдоль наружной поверхности корпуса 1 по каналам 14 наружного охлаждения, образованным листами 13, приваренными к вершинам ребер 2;
- второй поток, проходящий по каналам 12 внутреннего охлаждения сквозь пакеты 5 статора;
- третий поток, проходящий через межзубцовые пазы пакетов 5 статора и пакетов 8 ротора и зазоры между пакетами 5 статора и пакетами 8 ротора.
Первый поток отводит тепло с ребер 2 корпуса 1, имеющего хороший тепловой контакт с пакетами 5 статора, интенсивно нагреваемых фазными обмотками 6, обмотками возбуждения 7 и вихревыми токами в стали. При этом листы 13 не заменяют теплоотводящие ребра корпуса (в отличие от гофрированных листов в [2, 3]), а служат только для формирования охлаждающего воздушного потока вдоль поверхности ребер 2 корпуса 1. В тех случаях, когда входы 15 в каналы 14 выполнены из внутренней полости корпуса 1, первый поток формируется из воздуха, нагнетаемого вентилятором 3 в торец корпуса 1, в виде воздушных струй, входящих в каналы 14 из внутренней полости корпуса 1 через входы 15.
Второй поток отбирает тепло из внутренних областей шихтованных пакетов 5 статора, от фазных обмоток 6 и обмоток 7 возбуждения, а третий - с зубцовых поверхностей пакетов 5 статора и пакетов 8 ротора.
Поскольку основная доля тепловых потерь вентильно-индукторного двигателя выделяется в его статоре, главную роль в охлаждении двигателя играют первый и второй потоки, формируемые в каналах 12 и 14 соответственно.
Выполнение вентильно-индукторного двигателя в корпусе с аксиально оребренной поверхностью, по меньшей мере, частично покрытой приваренными к вершинам ребер стальными листами, образующими каналы наружного охлаждения, и с аксиальными каналами внутреннего охлаждения, выполненными в шихтованных пакетах статора, обеспечивает в совокупности с другими существенными признаками полезной модели снижение рабочей температуры наиболее нагруженных в тепловом отношении элементов вентильно-индукторного двигателя и соответствующее увеличение надежности двигателя.
Выполнение каналов 14 наружного охлаждения с входами 15, выполненными из внутренней полости корпуса позволяет сохранить эффективность охлаждения в частных случаях осуществления полезной модели, например, при использовании встроенного вентилятора. Источники информации
1. Патент RU 217318, МПК Н02К 9/04, 2001 г.
2. Патент RU 2089033, МПК Н02К 9/04, 1997 г.
3. Авт. свид. SU 1179483, МПК Н02К 9/02, 1985 г.