Ротор, содержащий межполюсные зоны с охлаждающими каналами

Изобретение относится к ротору вращающейся электрической машины и к машине, содержащей такой ротор. Технический результат – улучшение охлаждения ротора. Ротор (1) для вращающейся электрической машины вытянут вдоль продольной оси (X) и содержит набор одинаковых магнитных листов (2), формирующих явно выраженные полюсы (3). При этом два явно выраженных полюса образуют между собой межполюсную зону (Е). Ротор также содержит по меньшей мере два внутренних охлаждающих канала (5), выполненных в наборе магнитных листов (2) по меньшей мере в одной межполюсной зоне (Е). 2 н. и 7 з.п. ф-лы, 4 ил.

 

Данное изобретение относится к ротору вращающейся электрической машины и к машине, содержащей такой ротор.

Более конкретно, но не ограничиваясь этим, изобретение относится к охлаждению роторов однофазных или многофазных открытых вращающихся электрических машин с частотой вращения, например, от 0 до 10 000 оборотов в минуту и с мощностью, например, от 0,1 до 25 МВт.

Под «открытой электрической машиной» понимается машина, охлаждаемая потоками воздуха, забираемого снаружи от машины.

Известно, что для обеспечения охлаждения ротора в роторе выполняют охлаждающие каналы.

Известно, в частности, выполнение канала вблизи нижней части межполюсного пространства.

В документе GB 2425662 раскрыто выполнение специальной полости в листе металла у нижней части межполюсных пространств.

Кроме того, в патенте US 7598635 раскрыто изготовление листов, в которых вблизи нижней части межполюсного пространства выполнен канал, обеспечивающий прохождение хладагента для охлаждения ротора.

Существует потребность в дальнейшем усовершенствовании охлаждения ротора вращающейся электрической машины.

Задача данного изобретения направлена на удовлетворение этой потребности и согласно одному из его аспектов решена посредством ротора вращающейся электрической машины, вытянутого вдоль продольной оси и содержащего:

- набор магнитных листов, формирующих явно выраженные полюсы, причем два явно выраженных полюса образуют между собой межполюсную зону; и

- по меньшей мере, два внутренних охлаждающих канала, выполненных в наборе магнитных листов по меньшей мере в одной межполюсной зоне, предпочтительно в каждой межполюсной зоне.

Благодаря изобретению обеспечивается улучшение тепловых характеристик машины и уменьшение нагрева роторных обмоток при данном объеме меди.

Наличие нескольких внутренних каналов обеспечивает возможность увеличения поверхности теплообмена и существенного повышения коэффициента теплообмена.

Под «внутренним каналом» понимается канал с замкнутым контуром.

Изобретение позволяет также понизить максимальную температуру электрических проводов и изоляционных материалов при данном объеме меди, что повышает надежность, и снизить суммарную стоимость машины благодаря уменьшению количества активного вещества в тех же тепловых режимах по сравнению с известными машинами.

Согласно нижеследующему описанию охлаждающей текучей средой является предпочтительно воздух, хотя изобретение не ограничивается применением одного только воздуха в качестве охлаждающей текучей среды.

Благодаря ротору обеспечивается протекание охлаждающей текучей среды по каналам.

В зависимости от того, насколько интенсивное охлаждение необходимо для ротора, через каждую межполюсную зону может проходить большее или меньшее количество внутренних охлаждающих каналов, например от 3 до 15 каналов.

Различные охлаждающие каналы могут быть выполнены между ребрами, расположенными в каждой межполюсной зоне.

Ребра могут быть вытянуты вдоль всей длины ротора или только вдоль части его длины. В частности, ребра могут прерываться, и в этом случае межполюсная зона будет иметь зубчатую форму. При этом происходит усиление конвективных теплообменов вследствие повышения среднего коэффициента теплообмена. Такую зубчатую форму можно получить путем укладки одинаковых листов в пакеты, расположенные в шахматном порядке, с чередованием лицевых и оборотных сторон пакетов.

Ребра могут быть расположены внутри межполюсных зон различным образом.

Охлаждающие каналы могут проходить по все длине ротора. Охлаждающие каналы могут быть расположены непрерывно или прерывисто по продольной оси ротора.

В случае выполнения охлаждающих каналов прерывистыми межполюсные зоны имеет зубчатую форму с образованием зубцов. При этом охлаждающие каналы расположены в данных зубцах. Такая конфигурация обеспечивает чередование проходов охлаждающей текучей среды внутри каналов и ее проход по расширенным участкам, вытянутым в осевом направлении между каналами. В результате создается определенная турбулентность, благоприятствующая конвективным обменам. Кроме того, охлаждающая текучая среда может протекать между зубцами в поперечном направлении.

Каждая межполюсная зона может иметь сечение вырезов, обусловленное наличием проходящих через нее охлаждающих каналов, которое составляет более 25% общего сечения.

Каждый из явно выраженных полюсов содержит сердечник полюса и два полюсных башмака (называемых также «полюсными выступами»).

В полюсных башмаках явно выраженных полюсов может быть выполнен по меньшей мере один охлаждающий канал с тем, чтобы еще больше улучшить охлаждение ротора. Таким образом, для каждого полюса можно получить поток охлаждающей текучей среды в межполюсных зонах и поток в полюсных башмаках.

Каждый магнитный лист может быть выполнен цельным. Все листы ротора могут быть одинаковыми, при этом каждый лист с явно выраженными полюсами имеет только по одному полюсному башмаку и все башмаки ориентированы в одном и том же окружном направлении. При сборке ротора листы собираются в пакеты.

Ротор может содержать стяжки для осевого сжатия набора магнитных листов.

Ротор на наружном в радиальном направлении конце полюсных сердечников может содержать гнезда для размещения амортизаторов.

Ротор может содержать торцевые пластины для облегчения операции намотки и повышения общей механической прочности ротора.

Согласно другому аспекту изобретения предметом изобретения является вращающаяся электрическая машина, содержащая ротор, описанный выше.

Вращающаяся электрическая машина содержит статор, внутри которого вращается ротор.

Машина может содержать один или большее количество вентиляторов, которые могу приводиться или не приводиться в действие ротором для создания принудительного потока воздуха в разных охлаждающих каналах.

Изобретение более понятно из нижеследующего описания примеров его осуществления, не имеющих ограничительного характера, которое приводится со ссылками на приложенные чертежи, на которых:

- на фиг. 1 в аксонометрии показан схематичный частичный вид пакета магнитных листов ротора согласно изобретению;

- на фиг. 2 показан вид спереди по линии II, изображенной на фиг. 1;

- на фиг. 3 показан вид, аналогичный виду на фиг. 1, другого примера выполнения пакета магнитных листов ротора согласно изобретению; и

- на фиг. 4 частично показаны в изолированном виде явно выраженный полюс и межполюсная зона согласно примеру осуществления изобретения.

На фиг. 1 показан первый пример выполнения магнитной массы ротора 1, которая вытянута вдоль продольной оси X и содержит набор магнитных листов 2, формирующих явно выраженные полюсы 3, которые присутствуют в показанном примере в количестве четырех, хотя изобретение не ограничивается именно таким числом полюсов.

Как показано на фиг. 1, каждый полюс 3 содержит полюсный сердечник 3b, вытянутый вдоль осевой линии Y, и два полюсных башмака 3a, выступающих наружу в окружном направлении.

Два соседних полюса 3 образуют между собой межполюсную зону Е.

Вокруг каждого полюса 3 намотаны электрические провода, образующие обмотки (не показаны).

Каждый лист металла предпочтительно выполнен цельным, при этом он вырезан из одной и той же магнитной заготовки.

Ротор 1 может содержать стяжки (не показаны) для удержания магнитных листов 2, проходящие через роторную массу благодаря отверстиям 11, выполненным в полюсах 3.

В пакете выполнено центральное гнездо 8, снабженное средством 9 предотвращения поворота, для размещения в нем вала (не показан).

Магнитная масса ротора 1 может также содержать, как показано на чертежах, гнезда 10 для размещения в них амортизаторов (не показаны).

Согласно варианту осуществления изобретения через каждую межполюсную зону Е в осевом направлении проходят по меньшей мере два внутренних охлаждающих канала 5, например семь каналов, как показано на фиг. 1 и 2.

В межполюсных зонах Е расположены ребра 4, разделяющие отдельные охлаждающие каналы 5.

Охлаждающие каналы 5 выполнены, например, в надставке 18 в форме прямого угла со сторонами, параллельными поверхностям 19, расположенными напротив полюсных башмаков 3a.

В примере, показанном на фиг. 1 и 2, охлаждающие каналы 5 проходят по всей длине L ротора 1 сплошным образом, без разрывов.

Магнитная масса может быть образована путем укладки в пакеты одинаковых магнитных листов, при этом может быть также выполнен дополнительный охлаждающий канал 7 путем резки листа внутри полюсных башмаков 3a. В полюсных башмаках 3a можно выполнить несколько дополнительных каналов 7.

В варианте, показанном на фиг. 3, каждая из межполюсных зон Е имеет зубчатую форму с образованием зубцов 6, в данном примере в количестве пяти на каждую межполюсную зону Е, хотя изобретение не ограничено конкретным числом зубцов.

Охлаждающие каналы 5 расположены в зубцах 6, при этом интервал 20 между зубцами 6 образует собой проход увеличенного сечения для охлаждающей текучей среды.

Осевой размер La вдоль оси X зубца 6 равен, например, размеру Le интервала 20 между двумя зубцами 6.

В предпочтительном варианте предусмотрено отсутствие зубцов в межполюсных зонах Е на одном из их осевых концов, например на конце 15, как показано на фиг. 3.

Каждая межполюсная зона Е имеет общее сечение st, показанное на фиг. 4 заштрихованным, и сечение sa вырезов, образованное охлаждающими каналами 5, проходящими через межполюсную зону Е. Сечение sa вырезов составляет предпочтительно более 25% общего сечения st межполюсной зоны Е.

Каналы 5 в пределах одной и той же межполюсной зоны Е могут иметь разные сечения.

Для получения конфигурации, показанной на фиг. 3, где межполюсные каналы являются прерывистыми, можно использовать одинаковые магнитные листы, которые собраны в пакеты толщиной La и расположены в шахматном порядке, причем в показанном здесь примере с четырьмя полюсами пакеты перевернуты для чередования зон с каналами и зон без каналов.

Ротор 1 может быть интегрирован, например, во вращающуюся электрическую машину (не показана), содержащую центробежный вентилятор. В одном из вариантов вентилятор может представлять собой многоканальный вентилятор. В еще одном из вариантов вентилятор выполнен как центробежный вентилятор и осевой вентилятор, расположенные последовательно.

Всасываемый вентилятором воздух проходит через охлаждающие каналы 5, выполненные в межполюсных зонах Е, расположенных между двумя смежными явно выраженными полюсами 3. Кроме того, воздух может циркулировать в воздушном зазоре и через каналы 7, расположенные в полюсных башмаках 3a явно выраженных полюсов 3.

Изобретение не ограничивается рассмотренными выше примерами.

Так, например, возможно объединение признаков, описанных выше применительно к различным вариантам осуществления, в рамках модификаций, которые не были здесь показаны.

Ребра 4 могут иметь самую разнообразную форму.

Изобретение может применяться в роторах с наложенными полюсными башмаками. Изобретение не ограничивается использованием конкретных явно выраженных полюсов.

Если не указано иное, выражение «содержит один…» следует понимать как синоним выражения «содержит по меньшей мере один…».

1. Ротор (1) для вращающейся электрической машины, вытянутый вдоль продольной оси (X) и содержащий:

- набор одинаковых магнитных листов (2), формирующих явновыраженные полюсы (3), причем два явновыраженных полюса образуют между собой межполюсную зону (Е); и

- по меньшей мере два внутренних охлаждающих канала (5), выполненных в наборе магнитных листов (2) по меньшей мере в одной межполюсной зоне (Е).

2. Ротор по п.1, в котором магнитные листы (2) являются цельными.

3. Ротор по п.1, в котором в каждой межполюсной зоне (Е) выполнено от 3 до 15 внутренних охлаждающих каналов (5).

4. Ротор по п.1, в котором охлаждающие каналы (5) разделены внутри каждой межполюсной зоны (Е) ребрами (4).

5. Ротор по п.1, в котором охлаждающие каналы (5) проходят по всей длине набора магнитных листов ротора (1).

6. Ротор по п.1, в котором охлаждающие каналы (5) расположены непрерывно вдоль продольной оси (X) ротора (1).

7. Ротор по п.1, в котором каждая из межполюсных зон (Е) имеет зубчатую форму с образованием зубцов (6).

8. Ротор по п.1, в котором каждая межполюсная зона (Е) имеет вырезы, образованные проходящими через межполюсную зону (Е) охлаждающими каналами, причем сечение (sa) вырезов составляет более 25% общего сечения (st).

9. Вращающаяся электрическая машина, содержащая ротор (1) по п.1.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области электротехники, в частности к сегментированному статору. Технический результат – повышение технологичности конструкции.

Изобретение относится к области электромашиностроения и может быть использовано в электрических машинах с постоянными магнитами. Технический результат - увеличение магнитного потока и улучшение рабочих характеристик электрической машины.

Изобретение относится к электротехнике и электромашиностроению. Технический результат - повышение надежности работы электродвигателя.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в синхронных генераторах. Технический результат состоит в снижении сопротивления ротора вращению от первичного двигателя в результате пространственного разделения основного и вторичного магнитных потоков и снижения, таким образом, степени их взаимодействия.

Изобретение относится к электрическим машинам, а именно к явнополюсным электрическим машинам, в частности к конструкциям для крепления обмоток на роторе электрической машины.

Изобретение касается ротора для синхронной электрической машины, в частности для реактивной индукторной электрической машины. Технический результат – улучшение магнитных характеристик ротора.

Изобретение относится к области электротехники и касается ротора для синхронного реактивного электродвигателя. Технический результат - обеспечение высокого крутящего момента и высокой частоты вращения.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в качестве электродвигателя постоянного тока повышенной надежности. Технический результат состоит в упрощении конструкции.

Изобретение относится к электротехнике, а именно к электрической машине с ротором из сверхпроводящего материала и способу управления. Электрическая машина (101), содержит статор (103), установленный с возможностью вращения ротор (105) с охлаждаемым, намагничиваемым роторным участком (107) из сверхпроводящего материала (417) и блок управления (109) с возможностью намагничивать током статора роторный участок (107) из сверхпроводящего материала (417).

Изобретение относится к области электромашиностроения, в частности к конструкции статора мощного турбогенератора. Технический результат - повышение эксплуатационной надежности и упрощение конструкции с одновременным обеспечением эффективного охлаждения нажимных плит и электромагнитных экранов.

Изобретение относится к электротехнике, а именно к производству электрических машин. Каркас катушки электродвигателя, содержащий основную часть каркаса катушки, вокруг которой должна быть намотана катушка, и фланцевые части, выполненные как единое целое с обеими торцевыми частями основной части каркаса катушки, при этом каркас катушки содержит формованную деталь на основе смолы, выполненную путем использования полимера, имеющего амидные связи, и изоляционной бумаги, содержащей арамидную бумагу, выполненную из арамидного фибрида и арамидного короткого волокна, при этом поверхность формованной детали на основе смолы и арамидная бумага непосредственно соединены друг с другом. Технический результат состоит в повышении производительности и выходной мощности электрических машин. 5 н. и 2 з.п. ф-лы, 4 ил., 2 табл.

Изобретение относится к области электротехники. Технический результат – улучшение эксплуатационных характеристик. Электрическая машина содержит выполненные из диэлектриков корпус с крышками, установленный в крышках вал с расположенным на нем ротором, статор, постоянные магниты, фиксаторы. Ротор состоит из разделенных втулкой и расположенных параллельно дисков, в которых размещены друг против друга разными полюсами постоянные магниты и стержни, расположенные между их полюсами и замкнутые внутренним и внешним кольцами. Снаружи каждого диска установлен металлический диск. Статор размещен между дисками ротора и закреплен неподвижно в корпусе. Корпус и крышки в электрической машине выполнены с каналами для входа/выхода воздуха и соединены разъемным соединением. Машина снабжена охлаждающим устройством, выполненным в виде вентилятора. 2 н. и 5 з.п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к области электротехники, в частности к линейным асинхронным двигателям. Технический результат - увеличение тягового усилия. Линейный асинхронный двигатель содержит индуктор, состоящий из сердечника и многофазной обмотки, катушки которой образуют ряды в продольном и поперечном направлениях. Вторичный элемент содержит электропроводящую часть, расположенную на ферромагнитном основании. Электропроводящая часть содержит серединную часть, состоящую из электропроводящих стержней, перпендикулярных центральной части. К серединной части с обеих сторон примыкают боковые части, каждая из которых образована чередующимися электропроводящими стержнями, перпендикулярными центральной части, между которыми один за другим расположены электропроводящие стержни, параллельные центральной части. Перпендикулярные стержни боковых частей соединены между собой, образуя электропроводящие стержни в центральной части вторичного элемента. 3 ил.

Настоящее изобретение относится к электрической машине, в частности к роторной герметичной электрической машине. Технический результат – повышение надёжности. Электрическая машина (100) содержит герметичный наружный кожух (102), образованный корпусом (103) и крышкой (104), присоединенной к корпусу (103), статор (105, 205) и ротор (106, 206), установленные внутри кожуха (102). Статор (105, 205) и/или ротор (106, 206) содержит сердечник (107, 207), имеющий по меньшей мере два полюсных наконечника (108, 208) и множество обмоток (109, 209). Электрическая машина дополнительно содержит множество пластиковых компонент (111, 112, 113, 115, 211, 212, 215, 218), которые расположены внутри кожуха (102, 202) и выполняют функции изоляции, и/или поддержки, и/или охлаждения. При этом пластиковые компоненты (111, 112, 113, 115, 211, 212, 215, 218) изготовлены из пластикового материала, влагопоглощающая способность которого в состоянии насыщения составляет менее 0,8%. 2 и 9 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к области электротехники, в частности к электрическим синхронным турбогенераторам переменного трехфазного тока с электромагнитным возбуждением, предназначенным для генерации напряжений двух различных частот. Технический результат - снижение расчетной полной мощности преобразующих устройств, их общей массы и габаритов. Предложенный турбогенератор содержит ферромагнитный шихтованный статор, включающий две распределенные трехфазные обмотки переменного трехфазного тока повышенной частоты f1 и промышленной частоты fs=50 Гц с числом пар полюсов соответственно p1 и p2, причём p1>p2, и вращающийся ферромагнитный ротор. Ротор состоит из двух частей, на наружных поверхностях которых в пазах размещены две распределенные обмотки возбуждения. Обмотка возбуждения постоянного тока с числом пар полюсов p1 подключена к выходу устройства бесщеточного возбуждения. Трехфазная обмотка возбуждения переменного тока с числом пар полюсов р2 подключена через контактные кольца и щетки к трехфазному выходу обратимого преобразователя частоты. 1 ил.

Изобретение относится к области электротехники. Технический результат – повышение механической прочности ротора, уменьшение дополнительных потерь и паразитных моментов, вызванных высшими гармониками магнитного поля индуктора. Ротор содержит цилиндрический вал из немагнитного материала, на который надет индуктор. Индуктор выполнен в виде составной магнитной втулки из планок, ориентированных вдоль продольной оси ротора, выполненных из постоянных магнитов. Между планками, намагниченными тангенциально, размещены планки, намагниченные радиально, с реализацией магнитной схемы Хальбаха. На индуктор надета тонкостенная фиксирующая втулка из немагнитного материала, предпочтительно из титанового сплава. Поверхность полости составной магнитной втулки, контактирующая с валом, выполнена цилиндрической. Торцы тангенциально намагниченных планок конгруэнтны обращенной к ним поверхности тонкостенной фиксирующей втулки, а торцы радиально намагниченных планок выступают над торцами тангенциально намагниченных планок и выполнены со скруглением, радиус кривизны которого меньше радиуса кривизны наружной поверхности тонкостенной фиксирующей втулки на ее контакте с ними. Вал выполнен монолитным, предпочтительно из титанового или алюминиевого сплава или композита. 3 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к изделиям, проявляющим магнитные свойства, с защитным коррозионно стойким покрытием, способу формирования коррозионно стойкого покрытия на изделии с магнитными свойствами и элементу электрической машины с магнитными свойствами с коррозионно стойким покрытием. Упомянутое изделие содержит основу, содержащую первую часть магнитного материала, переходный слой, содержащий вторую часть магнитного материала и первую часть материала покрытия, при этом переходный слой расположен по меньшей мере на части основы, и внешний слой, содержащий вторую часть материала покрытия, при этом внешний слой расположен по меньшей мере на части переходного слоя. Элемент электрической машины проявляет магнитные свойства, которые отличаются от магнитных свойств, проявляемых основой, менее чем на 10%, менее чем на 5% или менее чем на 1%. Обеспечивается магнитное изделие, выполненное с возможностью работать в коррозионных средах. 3 н. и 17 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к области электротехники, в частности к дисковым электрогенераторам. Технический результат – повышение стабильности вращения якоря. Дисковый электрогенератор содержит первый корпус и второй корпус, а также первый комплект магнитов и второй комплект магнитов. Плоскость, где расположен первый комплект магнитов, параллельна плоскости, где расположен второй комплект магнитов, и однонаправленное магнитное поле формируется между первым комплектом магнитов и вторым комплектом магнитов. Якорь расположен параллельно к плоскости, где расположен первый комплект магнитов и размещен между первым комплектом магнитов и вторым комплектом магнитов. Якорь содержит панель, на которой расположены многочисленные катушки, неподвижно установленные в центре панели через равные интервалы по кругу на одной плоскости. Катушки имеют спиральную форму. Многочисленные катушки электрически соединены друг с другом посредством контуров на панели. 6 з.п. ф-лы, 9 ил.

Изобретение относится к электротехнике. Технический результат состоит в упрощении конструкции охлаждения. Электродвигатель содержит статор, ротор и циркуляционный контур охлаждения ротора, включающий оболочку (2), имеющую форму боковой поверхности цилиндра. Для упрощения внутреннего циркуляционного контура охлаждения ротора в оболочке (2) выполнена осевая выемка (12). Внутри корпуса (1) расположен имеющий форму полого цилиндра пакет (10) статора с выполненными на его наружной поверхности пазами (18). В пазах (18) расположены каналы (22) охлаждения. Пакет (10) статора имеет выполненные на наружной поверхности распространяющиеся осевые углубления (20), являющиеся частью циркуляционного контура охлаждения ротора. 14 з.п. ф-лы, 7 ил.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в синхронных генераторах ветровых установок. Техническим результатом является уменьшение излучения звука. Статор синхронного генератора содержит статорное кольцо (300), статорный листовой пакет (400), окружной зазор (310) между статорным кольцом (300) и статорным листовым пакетом (400), а также множество блоков (500) развязки в зазоре (310), при этом блок (500) развязки имеет первый лист (510), который согласован с контуром статорного листового пакета (400), и второй лист (530), который согласован с контуром статорного кольца (300), при этом между первым и вторым листом (510, 530) предусмотрен мат (520) с полым пространством и впускным клапаном (540). 3 н. и 2 з.п. ф-лы, 7 ил.

Изобретение относится к ротору вращающейся электрической машины и к машине, содержащей такой ротор. Технический результат – улучшение охлаждения ротора. Ротор для вращающейся электрической машины вытянут вдоль продольной оси и содержит набор одинаковых магнитных листов, формирующих явно выраженные полюсы. При этом два явно выраженных полюса образуют между собой межполюсную зону. Ротор также содержит по меньшей мере два внутренних охлаждающих канала, выполненных в наборе магнитных листов по меньшей мере в одной межполюсной зоне. 2 н. и 7 з.п. ф-лы, 4 ил.

Наверх