Явнополюсная электрическая машина

 

ЯВНОПОЛЮСНАЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ МАШИНА с непосредственным охлаждением , содержащая статор с обмоткой, ротор с катушечной обмоткой, имеющей в лобовых частях зону расщепления, цапфами, стяжными шпильками и жиклерами подачи хладагента, отличающаяся тем, что, с целью повышения КПД и надежности, между лобовыми частями обмотки за пределами зоны расщепления размещены сухари, преимущественно из изоляционного материала со скошенными в тангенциальном направлении внутренними торцами, центральная стяжная шпилька вьтолнена полой для подвода хладагента, и жиклеры установлены в ее стенках под лобовыми частями обмотки с направлением на торцы сухарей, а в стенках цапф промежутками сЛоев обмотки выполнены глухие щелевые пазы, смещенные против вращения и объединенные аксиальньми каналами, которые откры- 3 ты с двух сторон для подачи хладагенСО та на обмотку статора.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

„„ЯЦ„„1144168

4р ) Н 02 К 9/19

1.: -.:

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДА1, СТВЕННЫЙ НОМИТЕ1 СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЦТ1Ф (21) 3639735/24-07 (22) 05.09.83 (46) 07.03.85. Бюл. N - 9 (72) В.И.Науменко (53) 621.313.713(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

У 404161, кл. Н 02 К 9/16, 1969.

2. Поспелов Л.И. Конструкция авиационных электрических машин. М., Энергоиздат, 1982, с. 49. (54) (57) ЯВНОПОЛЮСНАЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ

МАШИНА с непосредственным охлаждением, содержащая статор с обмоткой, ротор с катушечной обмоткой, имеющей в лобовых частях зону расщепления, цапфами, стяжными шпильками и жиклерами подачи хладагента, о т л и ч аю щ а я с я тем, что, с целью повышения КПД и надежности, между,лобовыми частями обмотки за пределами зоны расщепления размещены сухари, преимущественно из изоляционного материала со скошенными в тангенциальном направлении внутренними торцами, центральная стяжная шпилька выполнена полой для подвода хладагента, и жиклеры установлены в ее стенках под лобовыми частями обмотки с направлением на торцы сухарей, а в стенках цапф промежутками слоев обмотки выполнены глухие щелевые пазы, смещенные против вращения и объединенные аксиальными каналами, которые открыты с двух сторон для подачи хладагента на обмотку статора.

1144168

Изобретение относится к электро- машиностроению, в частности к высокоскоростным электрическим машинам с явнополюсным ротором и охлаждением путем подачи жидкого хладагента не- 5 посредственно на поверхности тепловыделяющих обмоток..

Известны электрические машины, в которых подвод жидкого хладагента к катушечной обмотке явнополюсного ро- 10 тора осуществляют с помощью центробежных распылителей, расположенных под лобовыми частями катушек и сбрасывающих на периферии> круговой веер распыленной жидкости (1 3. f5

Недостатком таких машин является низкая степень использования хладагента для охлаждения обмоток вследствие того, что часть распыленного хладагента попадает в промежутки 20 между лобовыми частями соседних полюаных катушек, составляющие зна— чительный процент окружности ротора, где эта часть хладагента не используется для отвода тепла от об- 25 мотки ротора и сбрасывается за ее пределы неуправляемо, поэтому также не может быть эффективно использована для охлаждения обмотки статора.

Наиболее близкой к изобретению является явнополюсная машина с непосредственным охлаждением, содержащая статор с обмоткой, ротор с катушечной обмоткой, имеющей в лобовых частях зону расщепления, цапфа35 ми, стяжками, шпильками и жиклерами подачи хладагента.

При этом для увеличения поверх— ности теплообмена катушки обмотки явнополюсного ротора выполнены рас- 40 щепленными на слои в лобовых частях, а подача хладагента осуществлена струями из жиклеров, размещенных в стенках полого вала под расщепленными участками обмотки, причем на каж- 45 дую зону расщепления установлено . только по одному жиклеру, поскольку входное гидравлическое сопротивление щелевых промежутков между слоями обмотки достаточно велико для того, 50 чтобы раздробить струю и обеспечить распределение хладагента между всеми щелевыми промежутками. Ввиду существования инерционного сноса жидкости в тангенциальном направлении на 55 поверхностях вращающихся обмоток каждый из жиклеров устанавливают с опережением относительно оси полюса по вращению, ротора, направляя струю хладагента на краевую область расщепленного участка охлаждаемой обмотки. После прохождения хладагента сквозь обмотку ротора его выброс на обмотку статора осуществляется через щелевые радиальные каналы в козырьках обмоткодержателей (2 ).

В известном устройстве обеспечен интенсивный отвод тепловых потерь при рациональном использовании хладагента, однако оно реализуемо только применительно к многополюс— ным машинам при невысоких частотах вращения.

Недостатком известного устройства является невозможность организации охлаждения катушечных обмоток роторов высокоскоростных машин, особенно в двухполюсном безвальном исполнении, ввиду сопоставимости величины тангенциального инерционного смещения хладагента с величиной его перемещения в радиальном направлении, в результате чего жидкость скапливается в углах щелевых промежуктов в катуп|ках ротора только с одной стороны и, не омывая предназначенных для теплообмена поверхностей проводов обмотки, выбрасывается за пределы ротора.

Цель изобретения — повышение КПД и надежности высокоскоростных машин, в особенности малюполюсных, путем интенсификации охлаждения за счет обеспечения контакта жидкого хладагента со всеми поверхносч ями слоев расщеп— ленных лобовых частей катушек обмотки ротора.

Для достижения поставленной цели в явнополюсной электрической машине с непосредственным:охлаждением, содержащей статор с обмоткой, ротор с катушечной обмоткой, имеющей в лобовых частях зону расщепления, цапфами, стяжными шпильками и жиклерами подачи хладагента,между лобовыми частями обмо. ток размещены сухари со скошенными в тангенциальном направлении внутренними торцами, центральная стяжная шпилька ротора выполнена полой для подачи хладагента, и жиклеры установлены в ее стенках под лобовыми частями обмотки с направлением на торцы укаэанных сухарей, а в стенках цапф над промежутками слоев расщепленной обмотки выполнены глухие щелевые пазы, смещенные против вращения и объе1144168 диненные аксиальными каналами, которые открыты с двух сторон для подачи хладагента на обмотку статора.

Распределение хладагента между всеми щелевыми промежутками обмотки ротора выполнено еще до поступления

его в зону расщепления путем разливания струи из жиклера в плоский поток на смежных деталях с последующей подачей разлитого слоя в указанные 10 щелевые промежутки, причем подвод хладагента к расщепленным лобовым частям обмотки ротора и его выход осуществлены так, чтобы обеспечить омывание жидкостью всей поверхности слоев обмотки.

На фиг.1 изображена предлагаемая машина, продольный разрез; на фиг.2разрез А-А на фиг.1; на фиг.3 — разрез Б-Б на фиг.1. 20

Сердечйик 1 магнитопровода ротора выполнен шихтованным и снабжен демпферной обмоткой, короткозамыкающие пластины 2 которой расположены на торцах сердечника, повторяют по 25 профилю листы магнитопровода и соединены со стержнями обмотки посредством пайки или сварки.

На изолированном сердечнике расположены катушки 3 обмотки возбуждения,30 лобовые части которых выполнены расщепленными на слои проводников с образованием между ними щелевых промежутков 4 и размещены между изолированными немагнитами, например пласт- З

35 массовыми козырьками 5 и сухарями 6, прикрепленными к короткозамыкающим пластинам. Торцы 7 сухарей, обращенные в сторону оси вращения, выполнены скошенными, причем угол наклона к оси сухаря величина расчетная, определенная иэ соотношения величин скорости истечения струи и частоты вращения ротора.

К тоРцам сердечника примыкают не- 45 магнитные, например титановые,цапфы 8 и 9, внутренние полости которых вмещают лобовые части катушек 3, а также козырьки 5 и сухари 6.

Возможно изготовление ротора беэ 50 козырьков 5 при соответствующем видоизменении конфигурации внутренних полостей цапф.

1(ентрирование каждой цапфы осуществляется путем посадки на цилин- 55 дрическую поверхность смежной короткоэамыкающей пластины с опорой на ее торец. Скрепление деталей ротора воедино выполнено посредством нескольких аксиальных шпилек 10, распоI ложенных на периферии, и одной пустотелой центральной шпильке 11, одновременно выполняющей роль канала для прохода хладагента. В стенках этой шпильки установлены жиклеры

12, направленные на скошенные торцы сухарей.

В козырьках 5 выполнены сквозные щелевые каналы 13 для прохода хладагента, совмещенные в аксиальном направлении со щелевыми промежутками между слоями обмотки, а в угловом направлении смещенные против вращения ротора на край зоны расщепления. Аналогичные каналы выполнены также в цапфах, однако, чтобы не нарушить продольную жесткость последних, эти каналы выполнены не сквозными, а в виде глухих пазов 14, врезанных в стенки цапф изнутри и сообщающихся между собой посредством аксиальных каналов 15, каждый из которых имеет по два выхода 16 и 17 наружу, расположенных под соответствующей лобовой частью

18 якорной -обмотки статора 19. В ,рассматриваемом примере один из этих выходов расположен на торце цапфы, а второй — на ее цилиндрической по верхности (возможны варианты).

При работе машины охлаждение ее обмоток осуществляется при последовательном прохождении хладагента от оси вращения к периферии. В канал центральной стяжкой шпильки под давлением поступает жидкий хладагент и выливается через жиклеры струями, которые направлены не непосредственно на подлежащие охлаждению лобовые части катушек обмотки ротора, а в пространство между катушками, Вследствие инерции струи отклоняются в

) тангенциальном направлении против вращения и, закручиваясь в пространстве, ударяются по касательной о наклонные торцевые поверхности расположенных между катушками сухарей.

На торце каждого сухаря происходит частичное торможение хладагента и формирование иэ него плоской струи, равной по ширине сухарю, которая сливается затем на один край нижней стороны расщепленной лобовой части катушки в направлении против вращения, поступая Одновременно во все щелевые промежутки между слоями обмотки, и, перемещаясь к периферии

11441Ь8

Vuz. 1 под действием центробежных сил, омывае практически всю поверхность слоев обмотки, после чего скапливается на противоположном краю верхней стороны лобовой части. Затем хладагент проходит через щелевые каналы в козырьке и цапфе, перераспределяется в объединяющем аксиальном канале и выбрасывается за пределы ротора через выходные отверстия на торце и цилиндрической поверхности цапфы. Образуя круговые вееры распыленной жидкости в четырех сечениях по длине машины (по два на каждую цапфу), хладагент поступает изнутри на поверхности лобовых частей неподвижной якорной обмотки и охлаждает ее, после чего эвакуируется из

5 внутренней полости машины.

Обеспечение омывания хладагентом всех поверхностей расщепленных зон обмотки ротора обуславливает интен10 сивный отвод тепла и снижение перегревов, что приводит к повышению

КПД и надежности предложенной машины по сравнению с известными при прочих равных условиях.

1144168

Фиг. Г б-b юг.,7

ВНИИПИ Заказ 942/43 ™Раж 646 Поутясное

-Филивл ППП Потеет, г. Уигород, ул.Проективв,4