RU169220U1

RU169220U1 - Электрическая машина с теплопроводным устройством

Info

Publication number: RU169220U1
Application number: RU2016113371U
Authority: RU
Inventors: Клаус БЮТТНЕР; Клаус КИРХНЕР; Маттиас ВАРМУТ
Original assignee: Сименс Акциенгезелльшафт
Priority date: 2013-09-10
Filing date: 2014-09-09
Publication date: 2017-03-13
Also published as: EP3017528B1; EP2846440A1; BR212016005037U2; WO2015036376A2; WO2015036376A3; CN105531911B; BR212016005037Y1; CN105531911A; EP3017528A2

Abstract

Полезная модель относится к электрической машине (1, 200), содержащей ротор (4, 41), который имеет поддерживающее приспособление (160) и теплопроводное устройство (12) для отвода тепла от ротора (4, 41) через вал (5, 25), статор (2), который при работе электрической машины (1, 200) магнитно взаимодействует с ротором (4, 41), первое опорное устройство (8), второе опорное устройство (81), и вал (5, 25), который установлен в первом опорном устройстве (8) и втором опорном устройстве (81) с возможностью вращения вокруг оси (3) вращения вала (5, 25), при этом поддерживающее приспособление (160) является листовым пакетом, который имеет расположенные слоями в осевом направлении (21) стальные листы (16), при этом ротор (4, 41) закреплен на валу (5, 25), при этом теплопроводное устройство (12) для отвода тепла от ротора (4, 41) через вал (5, 25) имеет осевую часть (301, 302) вала (5, 25) с первым материалом, который имеет удельную теплопроводность больше 100 Вт/(м•К), при этом стальные листы (16) фиксированы в листовом пакете с помощью соединительного устройства (26, 226), к комбинации ротора и вала для электрической машины (1, 200), а также к применению вала (5, 25) для электрической машины (5, 25).

Description

2420-532058RU/062

ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ МАШИНА С ТЕПЛОПРОВОДНЫМ УСТРОЙСТВОМ

ОПИСАНИЕ

Полезная модель относится к электрической машине, согласно ограничительной части пункта 1 формулы полезной модели, а также к комбинации ротора и вала для электрической машины. Кроме того, полезная модель относится к применению вала для электрической машины.

Такая электрическая машина известна из DE 10 2009 051 114 А1. Там приведено описание электрической машины, которая имеет установленный на полом валу ротор, при этом полый вал образует внутри закрытое полое пространство, в котором предусмотрена возможность циркуляции охлаждающего средства в соответствии с эффектом термосифона между теплым и холодным концом полого вала. Электрическая машина содержит статор, который расположен в частности, внутри корпуса и окружает ротор. Статор термически соединен с корпусом. Корпус имеет, например, доступные с торцевой стороны охлаждающие каналы для подачи охлажденного воздушного потока на имеющиеся на наружной стороне охлаждающие ребра. Закрытое полое пространство имеет трехмерную транспортировочную структуру для транспортировки охлаждающего средства. За счет этого может быть улучшена эффективность охлаждения термосифона. В DE 10 2009 051 114 А1 приводится описание, в частности, выполнения сложных геометрий, таких как, например, наполнительного корпуса, соответственно, трехмерной транспортировочной структуры, из керамических материалов или из пластмасс. Возможно также выполнение из металлических материалов.

Кроме того, такая электрическая машина известна из DE 10 2011 078 791 А1. Там предлагается электрическая машина со статором и ротором и закрытым корпусом, который герметизирует статор и ротор наружу. Полый вал пронизывает корпус и выступает как из приводной стороны корпуса, так и из стороны вентилирования корпуса. На вентиляционной стороне на полом валу расположен без возможности проворачивания радиальный вентилятор. Полый вал имеет на вентиляционной стороне по меньшей мере один радиально направленный проход, так что внутренний поток охлаждающего средства может проходить радиально наружу от радиального вентилятора из полого вала через проход.

Из DE 199 21 452 С1 известна такая электрическая машина, которая имеет статор и ротор, который имеет вал ротора и листовой пакет. Роторный вал по меньшей мере частично состоит из сильно теплопроводящего материала, который проходит до выступающего за листовой пакет участка вала, от которого тепло через теплообменник отдается в жидкость. Создаваемый ребрами участка вала поток жидкости является достаточным, чтобы обеспечивать хороший перенос тепла к теплообменным поверхностям теплообменника. С помощью охлаждающей жидкости, которая может иметь высокую теплопроводность и перемещается с соответствующей скоростью потока по теплообменным поверхностям, можно обеспечивать интенсивный отвод тепла. Теплоотвод через роторный вал можно устанавливать на желаемое значение с помощью циркулирующей охлаждающей жидкости. В соединении с достигающим от ротора стенки корпуса за счет излучения и конвекции теплом, оно достаточно для охлаждения ротора, так что во многих случаях можно отказаться от искусственной конвекции для ротора. По меньшей мере, электрическая машина может быть выполнена с закрытой конструкцией, за счет чего предотвращается случайное или неосторожное соприкосновение с проводящими ток или вращающимися частями и проникновение посторонних тел в корпус. Однако возможно также расположение на валу ротора дополнительно вентилятора, который приводит в движение охлаждающий воздух через корпус машины. Вместо вала с заполненной натрием полостью вала может быть также предусмотрен сплошной вал из материала с высокой теплопроводностью, такого как нитрид алюминия. При этом, как указано в DE 199 21 452 С1, с помощью такого вала, который состоит из материала с высокой прочностью, поперечное сечение вала может быть меньше, за счет чего уменьшается вес вала.

На основании стремления к достижению высокого коэффициента полезного действия при высокой плотности мощности электрической машины за счет эффективного охлаждения, центральное значение имеет нахождение технического решения для улучшения электрической машины с помощью лишь известных, альтернативных мер или в комбинации с известными мерами.

Поэтому в основу полезной модели положена задача создания электрической машины с возможностью эффективного охлаждения.

Эта задача решена с помощью электрической машины с признаками пункта 1 формулы полезной модели.

Электрическая машина, согласно полезной модели, содержит

- ротор, который имеет поддерживающее приспособление и теплопроводное устройство для отвода тепла от ротора через вал,

- статор, который при работе электрической машины магнитно взаимодействует с ротором,

- первое опорное устройство,

- второе опорное устройство, и

- вал, который установлен в первом и втором опорном устройстве с возможностью вращения вокруг оси вращения вала,

- при этом ротор закреплен на валу,

- при этом теплопроводное устройство для отвода тепла от ротора через вал имеет осевую часть с первым материалом, который имеет удельную теплопроводность больше 100 Вт/(м•К).

Задача решена также с помощью комбинации ротора и вала с признаками пункта 13 формулы полезной модели. Комбинация, согласно полезной модели, ротора и вала для электрической машины, согласно полезной модели, содержит ротор и вал.

Задача решена также с помощью применения вала для электрической машины, согласно пункту 14 формулы полезной модели. В применении, согласно полезной модели, вал имеет осевую часть для теплопроводного устройства для отвода тепла от ротора через вал с первым материалом, который имеет удельную теплопроводность, которая больше 100 Вт/(м•К).

В электрической машине, согласно полезной модели, задача решается предпочтительно тем, что теплопроводное устройство может отводить тепло через осевую часть вала с первым материалом в сильной степени в короткий промежуток времени от ротора через вал. Предпочтительно, это приводит к небольшому нагреванию электрической машины и тем самым к меньшим потерям коэффициента полезного действия за счет нагревания электрической машины. Для теплопроводного устройства не требуется или предпочтительно требуется лишь небольшое дополнительное конструктивное пространство, по сравнению с требуемым для электрической машины со статором, ротором и валом конструктивным пространством.

Осевая часть проходит своей длиной в осевом направлении, которое проходит вдоль оси вращения.

Первый материал может состоять из различных химических элементов, при этом первый материал имеет удельную теплопроводность, которая больше 100 Вт/(м•К). Так, первый материал может быть, например, сплавом с удельной теплопроводностью, которая больше 100 Вт/(м•К).

Первый материал осевой части может иметь в радиальном направлении, которое перпендикулярно осевому направлению, достаточную толщину для передачи необходимых сил при работе электрической машины. Таким образом, с помощью возможно большей площади поперечного сечения вала с удельной теплопроводностью первого материала предпочтительно в короткий промежуток времени можно отводить в более высокой мере тепло от ротора через вал.

Осевая часть вала может проходить по всей длине вала в осевом направлении. Таким образом, вал можно предпочтительно выполнять в виде одной части.

Осевая часть вала может быть первым участком вала. В этом случае вал имеет второй участок и, возможно, третий участок или еще другие участки, которые продолжают вал в осевом направлении перед или после первого участка. Таким образом, первый материал можно предпочтительно целенаправленно использовать для эффективного охлаждения электрической машины.

В электрической машине, согласно полезной модели, вал может быть установлен с помощью первого опорного устройства в первом подшипниковом щите и с помощью второго опорного устройства во втором подшипниковом щите. Подшипниковые щиты или корпус, который имеет подшипниковые щиты, могут предпочтительно использоваться в качестве опор крутящего момента.

При работе электрической машины, согласно полезной модели, в качестве генератора, ротор с помощью механической энергии приводится во вращение. За счет магнитного взаимодействия между ротором и статором, механическая энергия может преобразовываться в электрическую энергию. Электрическая энергия может отводиться с помощью обмотки, которая закреплена на статоре, посредством подключения электрического потребителя.

При работе электрической машины, согласно полезной модели, в качестве электродвигателя, электрическая энергия подводится через обмотку, и за счет магнитного взаимодействия между статором и ротором электрическая энергия преобразовывается в механическую энергию. При этом ротор приводится во вращение, и механическая энергия с вала может передаваться механическому потребителю в виде вращательного движения.

При работе или после работы электрической машины, согласно полезной модели, не полное преобразование электрической энергии в механическую энергию, соответственно, механической энергии в электрическую энергию приводит к нагреванию электрической машины. За счет нагревания электрическая машина создает отходящее тепло.

Магнитное взаимодействие между ротором и статором может осуществляться через воздушный зазор, который в радиальном направлении ограничен статором и ротором. Ротор может иметь соответствующее приспособление для обеспечения возможности магнитного взаимодействия со статором, в частности, с закрепленной на статоре обмоткой. Для этого приспособление может иметь постоянный магнит и/или обмотку.

Комбинация ротора и вала, согласно полезной модели, для электрической машины имеет также другое преимущество, состоящее в том, что ротор и вал в виде комбинации, например, в виде единого блока, можно использовать для установки в электрическую машину, согласно полезной модели. Поскольку ротор и вал в своем выполнении предпочтительно согласованы друг с другом для эффективного охлаждения и, возможно, в отношении других требований, предпочтительно выполнять вал и ротор в виде комбинации. Таким образом, можно обеспечивать, что ротор можно закреплять на соответствующем валу в правильном положении. Это гарантирует эффективное охлаждение электрической машины. В частности, в комбинации ротора и вала ротор закреплен на валу. В частности, за счет этого может быть предпочтительно уменьшена опасность закрепления ротора на валу неблагоприятным для эффективного охлаждения образом. Кроме того, комбинация ротора и вала предпочтительно приводит к меньшему нагреванию ротора, что может предотвращать возможное преждевременное повреждение ротора.

Применение, согласно полезной модели, вала, согласно полезной модели, для электрической машины, согласно полезной модели, имеет другое преимущество, состоящее в том, что во время или после работы электрической машины тепло от ротора может отводиться через вал с первым материалом, при этом первый материал имеет удельную теплопроводность, которая больше 100 Вт/(м•К).

Другое преимущество состоит в том, что обычный вал может быть заменен валом, согласно полезной модели, без необходимости больших конструктивных изменений электрической машины, в частности ротора. Таким образом, можно предпочтительно просто и экономично создавать электрическую машину с возможностью эффективного охлаждения.

Предпочтительные варианты выполнения полезной модели указаны в зависимых пунктах формулы полезной модели. Так, предпочтительным является вариант выполнения электрической машины, согласно полезной модели, в котором первый материал теплопроводного устройства является цветным металлом. Было установлено, что цветной металл можно предпочтительно использовать для вала электрической машины для эффективного охлаждения.

Цветными металлами называются все металлы, за исключением железа, а также металлические сплавы, в которых железо не содержится в качестве основного элемента, соответственно, доля чистого железа (Fe) не превышает 50%.

Цветной металл может иметь алюминий. Таким образом, он может предпочтительно обеспечивать высокую теплопроводность при небольшом весе вала. При меньшем весе вала электрическая машина при той же нагрузке создает меньше отходящего тепла. Таким образом, предпочтительно возможно эффективное охлаждение, поскольку имеется меньшая потребность в охлаждающем средстве.

В другом предпочтительном варианте выполнения электрической машины, согласно полезной модели, осевая часть вала имеет монтажный участок, на котором ротор закреплен с помощью соединения с силовым замыканием, при этом соединение с силовым замыканием охватывает поддерживающее приспособление и монтажный участок. Было установлено, что между ротором и валом возможно соединение без возможности проворачивания для передачи крутящего момента также при небольшой прочности вала. Дополнительно к этому, теплопроводное устройство может содержать соединение с силовым замыканием. В этом случае соединение с силовым замыканием предпочтительно способствует отводу тепла от ротора через вал за счет прижимания друг к другу поверхностей поддерживающего приспособления и монтажного участка.

Поддерживающее приспособление может иметь конструкцию, которая на основании функции поддерживающего приспособления в электрической машине может лишь с небольшой теплопроводностью приводить к соединению с силовым замыканием между поддерживающим приспособлением и монтажным участком. Функция поддерживающего приспособления может определяться магнитным взаимодействием между статором и ротором.

Соединение с силовым замыканием поддерживающего приспособления с монтажным участком может осуществляться за счет того, что монтажный участок при комнатной температуре, например 20ºС, перед креплением ротора на валу имеет большую площадь поперечного сечения, чем отверстие поддерживающего приспособления вала. В этом случае соединение с силовым замыканием осуществляется при закреплении вала на роторе за счет горячей запрессовки. При горячей запрессовке поддерживающее приспособление нагревают до температуры, при которой отверстие поддерживающего приспособления имеет в радиальном направлении большую площадь поперечного сечения, чем при комнатной температуре. Затем поддерживающее приспособление надвигают на монтажный участок.

В другом предпочтительном варианте выполнения электрической машины, согласно полезной модели, поддерживающее приспособление является листовым пакетом, который имеет расположенные слоями в осевом направлении стальные листы, при этом стальные листы в листовом пакете фиксированы с помощью соединительного устройства. Таким образом, предпочтительно сжатые друг с другом с помощью соединительного устройства стальные листы могут предпочтительно способствовать отводу тепла от ротора через вал.

Функция поддерживающего приспособления определяется магнитным взаимодействием между статором и ротором тем, что поддерживающее приспособление должно иметь материал с магнитомягкими свойствами, чтобы материал, при возникающей при работе электрической машины изменяющейся ориентации магнитных полей, мог пропускать магнитные поля с малыми потерями. Стальные листы имеют материал с магнитомягкими свойствами.

В другом предпочтительном варианте выполнения электрической машины, согласно полезной модели, по меньшей мере часть соединительного устройства создается на листовом пакете с помощью способа литья под давлением. В способе литья под давлением создается давление, которое предпочтительно сжимает листовой пакет. По меньшей мере часть соединительного устройства предпочтительно наносится на сжатый вместе листовой пакет во время способа литья под давлением и прикладывает дополнительно за счет усадки по меньшей мере одной части при охлаждении по меньшей мере одной части после способа литья под давлением дополнительную силу сжатия к листовому пакету. Таким образом, предпочтительно прижатые друг к другу по меньшей мере в одной части расположенные слоями стальные листы предпочтительно могут способствовать отводу тепла от ротора через вал.

Листовой пакет может сжиматься с помощью соединения с геометрическим замыканием, которое имеет по меньшей мере одна часть и листовой пакет. Таким образом, сжатие вместе листового пакета может предпочтительно сохраняться в течение длительного времени.

В другом предпочтительном варианте выполнения электрической машины, согласно полезной модели, осевая часть вала имеет осевое отверстие для отвода тепла от ротора через вал. Таким образом, тепло можно отводить от ротора через вал с помощью охлаждающего средства в осевом отверстии. Охлаждающее средство может быть газообразным или жидким. Таким образом, отходящее тепло электрической машины можно отводить для ее охлаждения через осевое отверстие осевой части вала из первого материала с высокой теплопроводностью, в частности первого материала.

Предпочтительно, осевое отверстие может иметь длину, которая в осевом направлении проходит до зоны между первым опорным устройством и непосредственно соседним с ним концом ротора. На основании первого материала, который имеет удельную теплопроводность, которая больше 100 Вт/(м•К), отходящее тепло может в большой мере в короткий промежуток времени распространяться в первом материале вдоль длины осевого отверстия, с целью обеспечения предпочтительно отвода вдоль всей длины осевого отверстия на радиальной ограничительной поверхности в охлаждающее средство.

Электрическая машина, согласно полезной модели, может иметь подводящий элемент, который входит в осевое отверстие так, что охлаждающее средство, в частности охлаждающая жидкость, может протекать из подводящего элемента в осевое отверстие. Таким образом, осевое отверстие можно предпочтительно использовать для эффективного охлаждения электрической машины, согласно полезной модели.

Подводящий элемент может проходить в осевое отверстие в осевом направлении до зоны между первым опорным устройством и непосредственно соседним с ним концом ротора. Таким образом, охлаждающее средство может отводить тепло от ротора вдоль всей длины ротора в осевом направлении и тем самым обеспечивать возможность эффективного охлаждения.

В другом предпочтительном варианте выполнения электрической машины, согласно полезной модели, осевое отверстие имеет радиальную ограничительную поверхность с геометрией для отвода тепла от ротора через вал. Геометрия может быть геометрией для увеличения поверхности осевого отверстия, в частности, с помощью ребер на радиальной ограничительной поверхности. Геометрия может быть транспортировочной структурой, с помощью которой обеспечивается или поддерживается возможность транспортировки охлаждающего средства в осевом направлении, в частности, в параллельном осевому направлению направлении. Таким образом, геометрия может предпочтительно способствовать эффективному охлаждению, за счет улучшенного отвода тепла от вала к охлаждающему средству и/или за счет улучшенной транспортировки охлаждающего средства. Кроме того, для эффективного охлаждения геометрия может иметь материал с удельной теплопроводностью, которая больше 100 Вт/(м•К).

В другом предпочтительном варианте выполнения электрической машины, согласно полезной модели, соединительное устройство имеет короткозамкнутое кольцо со вторым материалом, при этом короткозамкнутое кольцо закреплено на первом осевом конце поддерживающего приспособления, при этом для отвода тепла от ротора через вал короткозамкнутое кольцо соединено непосредственно с осевой частью вала. Для непосредственного соединения короткозамкнутого кольца для отвода тепла от ротора через вал в осевую часть вала, поверхность короткозамкнутого кольца соприкасается с поверхностью осевой части вала. Таким образом, высокая теплопроводность короткозамкнутого кольца и осевой части вала можно предпочтительно использовать для отвода тепла от ротора через вал. Предпочтительно, возможно имеющееся короткозамкнутое кольцо может иметь за счет своего массивного выполнения большую теплопроводность для отвода тепла.

В другом предпочтительном варианте выполнения электрической машины, согласно полезной модели, различие по величине коэффициентов теплового расширения первого материала и второго материала меньше 4•10^-6К^-1. Таким образом, непосредственное соединение короткозамкнутого кольца с осевой частью вала может предпочтительно сохраняться в большом диапазоне температур. Тем самым предпочтительно обеспечивается большой отвод тепла от ротора через вал за счет непосредственного соединения короткозамкнутого кольца с осевой частью в большом температурном диапазоне. Непосредственное соединение короткозамкнутого кольца с осевой частью вала может обеспечиваться за счет имеющегося при комнатной температуре соединения с силовым замыканием с помощью действующей на поверхность короткозамкнутого кольца и на поверхность осевой части вала нормальной силы. Предпочтительно, за счет различия по величине коэффициентов теплового расширения первого материала и второго материала, которое меньше 4•10^-6К^-1, нормальная сила сохраняется в большом температурном диапазоне так, что предпочтительно имеется теплопроводность за счет прижимания друг к другу поверхности короткозамкнутого кольца и поверхности осевой части. Соединение с силовым замыканием может осуществляться за счет того, что при комнатной температуре, например 20ºС, перед креплением ротора на валу осевая часть вала имеет большую площадь поперечного сечения в радиальном направлении, чем отверстие короткозамкнутого кольца для вала.

Соединение с силовым замыканием между осевой частью вала и короткозамкнутым кольцом можно выполнять при креплении вала на роторе, в частности, посредством горячей запрессовки. Таким образом, выполнение соединения с силовым замыканием и крепление вала на роторе можно осуществлять за один рабочий ход.

В другом предпочтительном варианте выполнения электрической машины, согласно полезной модели, первый материал имеет больший коэффициент теплового расширения, чем второй материал. Поскольку короткозамкнутое кольцо при увеличивающемся нагревании расширяется в меньшей мере, чем осевая часть вала, то короткозамкнутое кольцо при увеличивающемся нагревании короткозамкнутого кольца и/или вала сильнее прижимается к осевой части вала. Таким образом, в частности, при отходящем тепле, которое приводит к высокой температуре короткозамкнутого кольца, соответственно, осевой части вала, тепло предпочтительно сильно отводится от ротора через вал за счет непосредственного соединения короткозамкнутого кольца с осевой частью.

В другом предпочтительном варианте выполнения электрической машины, согласно полезной модели, второй материал имеет удельную теплопроводность, которая больше 100 Вт/(м•К). Таким образом, тепло от ротора можно отводить через короткозамкнутое кольцо и осевую часть вала.

Второй материал может иметь удельную теплопроводность, которая больше 200 Вт/(м•К). Таким образом, может происходить быстрый отвод тепла через короткозамкнутое кольцо. Таким образом, обеспечивается эффективное охлаждение, которое предпочтительно предотвращает преждевременное повреждение ротора за счет нагревания.

В другом предпочтительном варианте выполнения электрической машины, согласно полезной модели, второй материал имеет алюминий или медь или серебро.

В другом предпочтительном варианте выполнения электрической машины, согласно полезной модели, поддерживающее приспособление имеет канавки, в которых расположены проводники для отвода тепла от ротора через вал, при этом проводники соединены с короткозамкнутым кольцом. Проводники предпочтительно являются составляющей частью соответствующего приспособления ротора для магнитного взаимодействия между ротором и статором. Создаваемое в соответствующем приспособлении при работе электрической машины отходящее тепло можно предпочтительно отводить через проводники в короткозамкнутое кольцо.

Проводники могут быть стержнями, которые имеют медь. Таким образом, тепло можно предпочтительно отводить в короткий промежуток времени в короткозамкнутое кольцо.

Предпочтительные варианты выполнения электрической машины, согласно полезной модели, комбинации ротора и вала, согласно полезной модели, и применения, согласно полезной модели, вала для электрической машины предпочтительно получаются за счет комбинирования некоторых или многих признаков, описание которых приведено выше.

Указанные выше свойства, признаки и преимущества полезной модели, а также способ их достижения, становятся более понятными в связи с приведенным ниже описанием примеров выполнения полезной модели со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых изображено:

фиг. 1 – первый пример выполнения электрической машины;

фиг. 2 – второй пример выполнения электрической машины, в котором вал имеет второй участок.

На фиг. 1 показан пример выполнения электрической машины 1, которая содержит ротор 4, который имеет поддерживающее приспособление 160 и теплопроводное устройство 12 для отвода тепла от ротора 4 через вал 5. Кроме того, электрическая машина 1 содержит статор 2, который при работе электрической машины 1 магнитно взаимодействует с ротором 4. Дополнительно к этому, электрическая машина 1 содержит первое опорное устройство 8, второе опорное устройство 81 и вал 5, который установлен в первом опорном устройстве 8 и во втором опорном устройстве 81 с возможностью вращения вокруг оси 3 вращения вала 5. Ротор 4 закреплен на валу 5. Теплопроводное устройство 12 имеет для отвода тепла от ротора 4 через вал 5 осевую часть 301 вала 5 с первым материалом, который имеет удельную теплопроводность, которая больше 100 Вт/(м•К). Осевая часть 301 вала 5 проходит по всей длине вала 5 в осевом направлении 21.

Первый материал осевой части является цветным металлом, который является сплавом. В показанном на фиг. 1 примере выполнения первый материал является AlZn5,5MgCu, который имеет удельную теплопроводность между 130 Вт/(м•К) и 160 Вт/(м•К). Цветной металл имеет алюминий.

Осевая часть 301 вала 5 имеет монтажный участок 11, на котором закреплен ротор 4 с помощью соединения с силовым замыканием, при этом соединение с силовым замыканием охватывает поддерживающее приспособление 160 и монтажный участок 11, при этом поддерживающее приспособление 160 окружает монтажный участок 11. Поддерживающее приспособление 160 является листовым пакетом, который имеет уложенные слоями в осевом направлении стальные листы 16, при этом стальные листы 16 фиксированы в листовом пакете с помощью соединительного устройства 26. В показанной на фиг. 1 электрической машине 1 по меньшей мере часть соединительного устройства 26 является короткозамкнутым кольцом 17. Соединительное устройство 26 имеет короткозамкнутое кольцо 17 со вторым материалом, при этом короткозамкнутое кольцо 17 закреплено на первом осевом конце 162 поддерживающего приспособления 160, при этом для отвода тепла от ротора 4 через вал 5 короткозамкнутое кольцо 17 непосредственно соединено с осевой частью 301 вала 5. Соединительное устройство 26 имеет другое короткозамкнутое кольцо со вторым материалом, при этом другое короткозамкнутое кольцо 17 закреплено на втором осевом конце 161 поддерживающего приспособления 160, при этом для отвода тепла от ротора 4 через вал 5 другое короткозамкнутое кольцо непосредственно соединено с осевой частью 301 вала 5. В примере выполнения, согласно фиг. 1, соединительное устройство 26 состоит из короткозамкнутого кольца 17, другого короткозамкнутого кольца и проводников 23, при этом короткозамкнутое кольцо 17 и другое короткозамкнутое кольцо выполнены с помощью способа литья под давлением на листовом пакете. Первый материал имеет больший коэффициент теплового расширения, чем второй материал. Различие по величине коэффициентов теплового расширения первого и второго материала меньше 4•10^-6К^-1. В примере выполнения, согласно фиг. 1, второй материал является Al99,6, т.е. 99,6 процентным чистым алюминием. Коэффициент теплового расширения второго материала Al99,6 составляет 23,1•10^-6К^-1. Коэффициент теплового расширения первого материала AlZn5,5MgCu составляет 23,4•10^-6К^-1. Второй материал Al99,6 имеет удельную теплопроводность, которая больше 100 Вт/(м•К). Другой пример чистого алюминия Al99,5 имеет удельную теплопроводность от примерно 210 Вт/(м•К) до 230 Вт/(м•К). Таким образом, второй материал Al99,6 имеет на основании большей доли химического элемента Al более высокую удельную теплопроводность, чем по меньшей мере 210 Вт/(м•К). Поскольку второй материал имеет алюминий, то короткозамкнутое кольцо 17 имеет небольшую массу. Таким образом, ротор 4 предпочтительно имеет небольшой момент инерции.

В электрической машине, согласно фиг. 1, осевая часть 301 вала 5 имеет осевое отверстие 6 для отвода тепла от ротора 4 через вал 5. Осевое отверстие 6 имеет длину, которая проходит в осевом направлении 21 до зоны между первым опорным устройством 8 и непосредственно соседним с ним концом ротора 4. Электрическая машина 1 имеет подводящий элемент 7, который проходит в осевое отверстие 6 так, что охлаждающее средство 15, в частности охлаждающая жидкость, может протекать из подводящего элемента 7 в осевое отверстие 6. Направление протекания охлаждающего средства 15, в частности охлаждающей жидкости, обозначено на фиг. 1 стрелками. Подводящий элемент 7 является впускной трубой, которая закреплена в опоре 37. Опора 37 закреплена на корпусе 104 электрической машины 1.

Поддерживающее приспособление 160 имеет канавки 20, в которых расположены проводники 23 для отвода тепла от ротора 4 через вал 5, при этом проводники 23 соединены с короткозамкнутым кольцом 17. Проводники 23 являются составляющей частью соответствующего приспособления ротора 4 для магнитного взаимодействия между ротором 4 и статором 2. В показанном на фиг. 1 примере выполнения проводники 23 являются медными стержнями, которые электрически соединены с короткозамкнутым кольцом 17 и с другим короткозамкнутым кольцом. Таким образом, соответствующее приспособление ротора 4 для магнитного взаимодействия между ротором 4 и статором 2 образовано медными стержнями, короткозамкнутым кольцом 17 и другим короткозамкнутым кольцом. Поскольку соответствующее приспособление в примере выполнения, согласно фиг. 1, не имеет других составляющих частей, то электрическая машина, согласно фиг. 1, является асинхронной машиной.

В показанном на фиг. 1 примере выполнения электрическая машина 1 имеет для своей защиты корпус 104 с первым подшипниковым щитом 102 и вторым подшипниковым щитом 103, при этом в корпусе 104 расположен статор 2, и ротор 4 установлен с возможностью вращения в проходящей через статор 2 выемке 14. Опора с возможностью вращения ротора 4 осуществляется через вал 5 с первым опорным устройством 8 и вторым опорным устройством 81. Первое опорное устройство 8 расположено в первом подшипниковом щите 102 и имеет подшипник качения. Второе опорное устройство 81 расположено во втором подшипниковом щите 103 и также имеет подшипник качения.

В примере выполнения охлаждающей системы для электрической машины 1, согласно фиг. 1, контур циркуляции охлаждающего средства содержит насос охлаждающего средства для транспортировки охлаждающего средства от насоса охлаждающего средства к входу для охлаждающего средства электрической машины и от выхода охлаждающего средства электрической машины обратно к насосу охлаждающего средства.

Вход и выход для охлаждающего средства электрической машины 1 обозначены на фиг. 1 стрелками. Таким образом, охлаждающее средство 15 можно предпочтительно подводить снаружи и, независимо от работы электрической машины 1, по потребности подавать с помощью насоса охлаждающего средства. При этом охлаждающее средство с помощью насоса охлаждающего средства подается на первом конце 13 вала 5 в подводящий элемент 7. Подводящий элемент 7, в частности входная труба, проходит в осевом отверстии 6 в осевом направлении 21 до зоны между первым опорным устройством 8 и непосредственно соседним с ним концом ротора 4. В этой зоне охлаждающее средство 15, в частности охлаждающая жидкость, может вытекать из подводящего элемента 7 в осевое отверстие 6 и отклоняться, с целью обеспечения возможности протекания в осевом отверстии 6 к первому концу 13 вала 5. Там охлаждающее средство 15, в частности охлаждающая жидкость, может протекать в полое пространство, через которое оно может покидать электрическую машину 1. Во время или после работы электрической машины 1, за счет не полного преобразования электрической энергии в механическую энергию, соответственно, механической энергии в электрическую энергию, происходит нагревание электрической машины 1, при этом создаваемое за счет нагревания отходящее тепло отводится через проводники 23 в короткозамкнутое кольцо 17 и в другое короткозамкнутое кольцо. Отходящее тепло отводится в короткозамкнутом кольце 17 и в другом короткозамкнутом кольце в сильной мере и за короткое время через непосредственное соединение короткозамкнутого кольца 17 и другого короткозамкнутого кольца в осевую часть 301 вала.

В осевой части 301 вала 5 отходящее тепло в сильной степени и за короткий промежуток времени отводится из первого материала с высокой теплопроводностью в охлаждающее средство 15. Охлаждающее средство 15 принимает отходящее тепло на радиальной ограничительной поверхности 324 осевого отверстия 6. Поддерживающее приспособление 160 имеет конструкцию, которая на основании функции поддерживающего приспособления 160 в электрической машине 1 может проводить тепло лишь с небольшой теплопроводностью к соединению с силовым замыканием между поддерживающим приспособлением 160 и монтажным участком 11. Функция поддерживающего приспособления 160 в показанном на фиг. 1 примере выполнения задается магнитным взаимодействием между статором 2 и ротором 4 тем, что поддерживающее приспособление 160 имеет материал с мягкомагнитными свойствами. Стальные листы 16 имеют материал с мягкомагнитными свойствами. На основании первого материала, который имеет удельную теплопроводность, которая больше 100 Вт/(м•К), отходящее тепло может в сильной степени и за короткий промежуток времени распространяться в первом материале вдоль длины осевого отверстия 6, с целью обеспечения возможности отвода предпочтительно вдоль всей длины осевого отверстия 6 на радиальной ограничительной поверхности 324 в охлаждающее средство 15. Общая длина осевого отверстия 6 содержит также листовой пакет с небольшой теплопроводностью. Таким образом, предпочтительно используется радиальная ограничительная поверхность 324 также между первым осевым концом 162 поддерживающего приспособления 160 и вторым осевым концом 161 поддерживающего приспособления 160 для отвода в сильной степени тепла в охлаждающее средство 15, также когда поддерживающее приспособление 160 может проводить отходящее тепло лишь с небольшой теплопроводностью к соединению с силовым замыканием между поддерживающим приспособлением 160 и монтажным участком. 11.

Вал 5 имеет на приводной стороне электрической машины 1 внутренний зубчатый венец 123, при этом приводная сторона находится на втором конце вала 5. За счет этого электрическая машина 1 предпочтительно уже имеет одну часть зубчатой передачи, которая применяется для согласования кинематических величин электрической машины 1 с подлежащим приведению во вращение предметом.

На фиг. 2 показан второй пример выполнения электрической машины 200, в которой вал 25 имеет второй участок 302. Вал 25 имеет в осевом направлении 21 оси 3 вращения следующие друг за другом осевую часть 2301 вала 25 с первым материалом и второй участок 302 с третьим материалом, при этом первый материал и третий материал в месте 9 стыковки осевой части 2301 и второго участка 302 соединены с замыканием по материалу. Осевая часть 2301 вала 25 является первым участком вала 25. В показанном на фиг. 2 примере выполнения осевая часть 2301 соединена со вторым участком 302 посредством сварки. Сварное соединение может выполняться согласно уровню техники или в соответствии с заявкой заявителя, которая имеет ту же дату приоритета, что и данная заявка. Заявка с той же датой приоритета предлагает гомогенное и с замыканием по материалу соединение первого материала и второго материала в месте 9 стыка, при этом третий материал примера выполнения, согласно фиг. 2, соответствует в заявке с той же датой приоритета второму материалу. Таким образом, первый материал предпочтительно целенаправленно используется для эффективного охлаждения электрической машины 200, поскольку второй участок 302 имеет третий материал с удельной теплопроводностью, которая меньше 100 Вт/(м•К). Третий материал обеспечивает лишь в меньшей мере отвод тепла в направлении приводной стороны. Большое различие удельной теплопроводности первого и третьего материала, в частности в 2 или больше раз, приводит к целенаправленному отклонению отходящего тепла в первый материал. В показанном на фиг. 2 примере выполнения в качестве третьего материала предпочтительно применяется закаленная сталь. Закаленная сталь дополнительно имеет то преимущество, что на приводной стороне можно устанавливать внутреннее зубчатое зацепление 323, которое может передавать большие силы с небольшим износом внутреннего зубчатого зацепления от электрической машины 200 на подлежащий приведению во вращение предмет. В показанном на фиг. 2 примере выполнения в качестве закаленной стали применяется 42CrMo4. Удельную теплопроводность 42CrMo4 составляет 42,6 Вт/(м•К).

В примере выполнения на фиг. 2 электрическая машина содержит ротор 41 с измененным относительно электрической машины, согласно фиг. 1, вариантом выполнения поддерживающего приспособления 226. Поддерживающее приспособление 226 имеет, наряду с короткозамкнутым кольцом 17, другим короткозамкнутым кольцом и проводниками 223, частичный проводник 224, который расположен рядом с проводниками 223 в канавках 220. Проводники 223 в показанном на фиг. 2 примере выполнения имеют меньшую площадь поперечного сечения, чем проводники 23 в примере выполнения на фиг. 1. Частичные проводники 224, короткозамкнутое кольцо 17 и другое короткозамкнутое кольцо образованы на листовом пакете с помощью способа литья под давлением. Таким образом, за счет усадки при охлаждении после способа литья под давлением, частичные проводники 224, короткозамкнутое кольцо 17 и другое короткозамкнутое кольцо предпочтительно прикладывают дополнительно силу сжатия к листовому пакету.

Хотя полезная модель подробно иллюстрировано и пояснено с помощью предпочтительных примеров выполнения, оно не ограничивается раскрытыми примерами, и специалистами в данной области техники могут быть выведены другие варианты, без выхода за объем защиты полезной модели.

Claims

1. Электрическая машина (1, 200), содержащая

- ротор (4, 41), который имеет поддерживающее приспособление (160), и теплопроводное устройство (12) для отвода тепла от ротора (4, 41) через вал (5, 25),

- статор (2), который при работе электрической машины (1, 200) магнитно взаимодействует с ротором (4, 41),

- первое опорное устройство (8),

- второе опорное устройство (81), и

- вал (5, 25), который установлен в первом опорном устройстве (8) и втором опорном устройстве (81) с возможностью вращения вокруг оси (3) вращения вала (5, 25),

- при этом поддерживающее приспособление (160) является листовым пакетом, который имеет расположенные слоями в осевом направлении (21) стальные листы (16),

- при этом ротор (4, 41) закреплен на валу (5, 25),

- при этом теплопроводное устройство (12) для отвода тепла от ротора (4, 41) через вал (5, 25) имеет осевую часть (301, 2301) с первым материалом, который имеет удельную теплопроводность больше 100 Вт/(м⋅K),

отличающаяся тем, что стальные листы (16) фиксированы в листовом пакете с помощью соединительного устройства (26, 226), при этом соединительное устройство (26, 226) имеет короткозамкнутое кольцо (17) со вторым материалом,

при этом короткозамкнутое кольцо (17) закреплено на первом осевом конце (162) поддерживающего приспособления (160),

при этом для отвода тепла от ротора (4, 41) через вал (5, 25) короткозамкнутое кольцо (17) соединено непосредственно с осевой частью (301) вала (5, 25), при этом различие по величине коэффициентов теплового расширения первого материала и второго материала меньше 4⋅10^-6K^-1.

2. Машина (1, 200) по п.1, в которой первый материал теплопроводного устройства (12) является цветным металлом.

3. Машина (1, 200) по п.1, в которой осевая часть (301, 2301) вала (5, 25) имеет монтажный участок (11), на котором ротор (4, 41) закреплен с помощью соединения с силовым замыканием, при этом соединение с силовым замыканием охватывает поддерживающее приспособление (160) и монтажный участок (11), при этом поддерживающее приспособление (160) окружает монтажный участок (11).

4. Машина (1, 200) по п.1, в которой по меньшей мере часть соединительного устройства (26, 226) создана на листовом пакете с помощью способа литья под давлением.

5. Машина (1, 200) по любому из пп.1-4, в которой осевая часть (301, 2301) вала (5, 25) имеет осевое отверстие (6) для отвода тепла от ротора (4, 41) через вал (5, 25).

6. Машина (1, 200) по п.5, в которой осевое отверстие (6) имеет радиальную ограничительную поверхность (324) с геометрией для отвода тепла от ротора (4, 41) через вал (5, 25).

7. Машина (1, 200) по любому из пп.1-4 или 6, в которой осевая часть (301) вала (5) проходит по всей длине вала (5) в осевом направлении (21).

8. Машина (1, 200) по п.5, в которой осевая часть (301) вала (5) проходит по всей длине вала (5) в осевом направлении (21).

9. Машина (1, 200) по любому из пп.1-4 или 6, в которой осевая часть (2301) вала (25) является первым участком вала (25), при этом вал (25) имеет второй участок (302) и, возможно, третий участок или еще другие участки, которые в осевом направлении (21) продолжают вал (5, 25) перед или после первого участка.

10. Машина (1, 200) по п.5, в которой осевая часть (2301) вала (25) является первым участком вала (25), при этом вал (25) имеет второй участок (302) и, возможно, третий участок или еще другие участки, которые в осевом направлении (21) продолжают вал (5, 25) перед или после первого участка.

11. Машина (1, 200) по любому из пп.1-4, 6, 8 или 10, в которой первый материал имеет больший коэффициент теплового расширения, чем второй материал.

12. Машина (1, 200) по п.5, в которой первый материал имеет больший коэффициент теплового расширения, чем второй материал.

13. Машина (1, 200) по п.7, в которой первый материал имеет больший коэффициент теплового расширения, чем второй материал.

14. Машина (1, 200) по п.9, в которой первый материал имеет больший коэффициент теплового расширения, чем второй материал.

15. Машина (1, 200) по любому из пп.1-4, 6, 8, 10, 12-14, в которой второй материал имеет удельную теплопроводность, которая больше 100 Вт/(м⋅K).

16. Машина (1, 200) по п.5, в которой второй материал имеет удельную теплопроводность, которая больше 100 Вт/(м⋅K).

17. Машина (1, 200) по п.7, в которой второй материал имеет удельную теплопроводность, которая больше 100 Вт/(м⋅K).

18. Машина (1, 200) по п.9, в которой второй материал имеет удельную теплопроводность, которая больше 100 Вт/(м⋅K).

19. Машина (1, 200) по п.11, в которой второй материал имеет удельную теплопроводность, которая больше 100 Вт/(м⋅K).

20. Машина (1, 200) по любому из пп.1-4, 12-14, 16-19, в которой второй материал имеет алюминий, или медь, или серебро.

21. Машина (1, 200) по п.11, в которой второй материал имеет алюминий, или медь, или серебро.

22. Машина (1, 200) по п.15, в которой второй материал имеет алюминий, или медь, или серебро.

23. Машина (1, 200) по любому из пп.1-4, 6, 8, 10, 12-14, 16-19, 21 или 22, в которой поддерживающее приспособление (160) имеет канавки (20), в которых расположены проводники (23) для отвода тепла от ротора (4, 41) через вал (5, 25), при этом проводники (23, 223) соединены с короткозамкнутым кольцом (17).

24. Машина (1, 200) по п.5, в которой поддерживающее приспособление (160) имеет канавки (20), в которых расположены проводники (23) для отвода тепла от ротора (4, 41) через вал (5, 25), при этом проводники (23, 223) соединены с короткозамкнутым кольцом (17).

25. Машина (1, 200) по п.7, в которой поддерживающее приспособление (160) имеет канавки (20), в которых расположены проводники (23) для отвода тепла от ротора (4, 41) через вал (5, 25), при этом проводники (23, 223) соединены с короткозамкнутым кольцом (17).

26. Машина (1, 200) по п.9, в которой поддерживающее приспособление (160) имеет канавки (20), в которых расположены проводники (23) для отвода тепла от ротора (4, 41) через вал (5, 25), при этом проводники (23, 223) соединены с короткозамкнутым кольцом (17).

27. Машина (1, 200) по п.11, в которой поддерживающее приспособление (160) имеет канавки (20), в которых расположены проводники (23) для отвода тепла от ротора (4, 41) через вал (5, 25), при этом проводники (23, 223) соединены с короткозамкнутым кольцом (17).

28. Машина (1, 200) по п.15, в которой поддерживающее приспособление (160) имеет канавки (20), в которых расположены проводники (23) для отвода тепла от ротора (4, 41) через вал (5, 25), при этом проводники (23, 223) соединены с короткозамкнутым кольцом (17).

29. Машина (1, 200) по п.20, в которой поддерживающее приспособление (160) имеет канавки (20), в которых расположены проводники (23) для отвода тепла от ротора (4, 41) через вал (5, 25), при этом проводники (23, 223) соединены с короткозамкнутым кольцом (17).