RU2235405C1

RU2235405C1 - Electrical machine

Info

Publication number: RU2235405C1
Application number: RU2003100448/09A
Authority: RU
Inventors: В.В. Адаменко (RU); В.В. Адаменко; В.Г. Шамин (RU); В.Г. Шамин; Н.А. Канискин (RU); Н.А. Канискин; А.С. Постников (RU); А.С. Постников
Original assignee: Научно-производственное объединение "ЭЛСИБ" Открытое акционерное общество
Priority date: 2003-01-05
Filing date: 2003-01-05
Publication date: 2004-08-27

Abstract

FIELD: electrical and electromechanical engineering; electrical machine manufacture.

SUBSTANCE: proposed electrical machine has salient-pole rotor 1 with radial cooling ducts 3, stator 4 with core 5, winding 6, frame 8, air-separating end-shields 11, 12 in butt-end zone. Air-separating end-shield 11 is mounted above stator butt-end; end-shield 12 is installed above butt-end of rotor 1 and secured thereon. End-shields 11 and 12 provide for air passage between them and form radial-annual chamber together with butt-end parts of stator. End-shield 12 is made in the form of two parallel rings 14, 15 having common axis of revolution. Ring 14 directly abuts against rotor 1 and its radial length equals that of cooling ducts 3 of rotor 1; ring 15 encloses part of rotor 1 and poles 2 with minimal gap relative to end portions of winding 6 at location point of their fastening members 7, at outlet of core 5. Rings 14 and 15 are joined together by means of radial ribs 17 uniformly arranged over circumference to form radial cooling duct 18. Radial length of ribs 17 corresponds to that of ring 15, outer-diameter end of the latter and butt-ends of ribs 17 being joined with hollow cylinder 19.

EFFECT: simplified design, enhanced strength and effectiveness of cooling system.

1 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к области электромашиностроения и предназначено для использования в крупных электрических машинах с явнополюсным ротором с самовентиляцией, в частности в гидрогенераторах.The invention relates to the field of electrical engineering and is intended for use in large electrical machines with an explicitly polar rotor with self-ventilation, in particular in hydrogenerators.

Наиболее близкой по техническому решению к заявляемой - прототипом - является электрическая машина (патент Российской Федерации №2035111, кл. Н 02 К 9/02, 1995 г.), содержащая явнополюсный ротор с радиальными вентиляционными каналами, статор с сердечником, обмоткой и элементами крепления ее лобовых частей при выходе из сердечника, корпусом и отверстиями в зоне расположения лобовых частей обмотки, камеру холодного воздуха вокруг корпуса и воздухоразделяющие щиты в торцевой зоне, один из которых установлен над торцом статора, примыкает к корпусу на своей внешней поверхности и охватывает головки лобовых частей, другой воздухоразделяющий щит установлен над торцом ротора с минимальным зазором относительно лобовых частей в месте расположения элементов их крепления при выходе из сердечника, охватывает часть ротора и полюса и закреплен непосредственно на роторе, щиты обеспечивают проход воздуха между ними и образуют с торцевыми частями статора радиально-кольцевую камеру, вход которой сопряжен с камерой холодного воздуха, а выход - со входом в вентиляционные каналы ротора.The closest technical solution to the claimed one - the prototype - is an electric machine (patent of the Russian Federation No. 2035111, class N 02 K 9/02, 1995), containing a plain pole rotor with radial ventilation channels, a stator with a core, a winding and fastening elements its frontal parts when leaving the core, the housing and the holes in the area of the frontal parts of the winding, the cold air chamber around the housing and the air separation panels in the end zone, one of which is installed above the end of the stator, is adjacent to the housing on howls of the outer surface and covers the heads of the frontal parts, another air-separating shield is installed above the end of the rotor with a minimum clearance relative to the frontal parts at the location of their fastening elements when leaving the core, covers part of the rotor and pole and is mounted directly on the rotor, the panels provide air passage between them and form a radial-annular chamber with the end parts of the stator, the inlet of which is interfaced with the cold air chamber, and the outlet - with the entrance to the rotor ventilation ducts.

Недостатком этой электрической машины является относительная сложность изготовления ротора за счет выполнения радиальных вентиляционных каналов, эффективность вентилирующего действия которых ограничивается их радиальным размером. При этом необходимость большого количества каналов на роторе ослабляет и механическую прочность ротора.The disadvantage of this electric machine is the relative complexity of the manufacture of the rotor due to the implementation of radial ventilation channels, the effectiveness of the ventilation action of which is limited by their radial size. Moreover, the need for a large number of channels on the rotor weakens the mechanical strength of the rotor.

Задачей настоящего изобретения является упрощение конструкции, повышение прочности и повышение эффективности охлаждения электрической машины.The present invention is to simplify the design, increase strength and increase the cooling efficiency of the electric machine.

Технический результат достигается тем, что в электрической машине, содержащей явнополюсный ротор с радиальными вентиляционными каналами, статор с сердечником, обмоткой и элементами крепления ее лобовых частей при выходе из сердечника, корпусом и отверстиями в зоне расположения лобовых частей обмотки, камеру холодного воздуха вокруг корпуса и воздухоразделяющие щиты в торцевой зоне, один из которых установлен над торцом статора, примыкает к корпусу на своей внешней поверхности и охватывает головки лобовых частей, другой воздухоразделяющий щит установлен над торцом ротора с минимальным зазором относительно лобовых частей в месте расположения элементов их крепления при выходе из сердечника, охватывает часть ротора и полюса и закреплен непосредственно на роторе, щиты обеспечивают проход воздуха между ними и образуют с торцевыми частями статора радиально-кольцевую камеру, вход которой сопряжен с камерой холодного воздуха, а выход - со входом в вентиляционные каналы ротора, закрепленный непосредственно на роторе щит выполнен в виде двух имеющих одну ось вращения, параллельно расположенных колец, одно из которых непосредственно примыкает к ротору, и радиальная его длина равна радиальной длине вентиляционных каналов ротора, а другое охватывает часть ротора и полюса и имеет минимальный зазор относительно лобовых частей в месте расположения их крепления при выходе из сердечника, кольца соединены между собой радиальными равномерно расположенными по окружности ребрами, высота которых обеспечивает достаточное пространство между дисками для образования радиального вентиляционного канала и прохода по нему охлаждающего воздуха, а радиальная длина равна радиальной длине кольца, более удаленного от ротора, при этом кольцо на наружном диаметре и торцы ребер соединены с полым цилиндром, расположенным между этим кольцом и полюсами.The technical result is achieved by the fact that in an electric machine containing an explicitly polar rotor with radial ventilation channels, a stator with a core, a winding and fastening elements of its frontal parts when leaving the core, a housing and holes in the area of the frontal parts of the winding, a cold air chamber around the housing and air separation shields in the end zone, one of which is installed above the end of the stator, adjoins the housing on its outer surface and covers the heads of the frontal parts, the other air separation the shield is mounted above the end of the rotor with a minimum clearance relative to the frontal parts at the location of their fastening elements when leaving the core, covers part of the rotor and pole and is mounted directly on the rotor, the boards provide air passage between them and form a radial-circular chamber with the end parts of the stator the inlet of which is interfaced with the cold air chamber, and the outlet - with the entrance to the rotor ventilation ducts, the shield mounted directly on the rotor is made in the form of two having one rotation axis parallel flanged rings, one of which is directly adjacent to the rotor, and its radial length is equal to the radial length of the ventilation ducts of the rotor, and the other covers part of the rotor and the pole and has a minimum clearance relative to the frontal parts at the location of their fastening when leaving the core, the rings are connected between radial ribs evenly spaced around the circumference, the height of which provides sufficient space between the disks for the formation of a radial ventilation channel and passage through it cooling air, and the radial length is equal to the radial length of the ring, more remote from the rotor, while the ring on the outer diameter and the ends of the ribs are connected to a hollow cylinder located between this ring and the poles.

Предлагаемая электрическая машина изображена на чертеже, где показан продольный вертикальный ее разрез (частично).The proposed electric machine is shown in the drawing, which shows its longitudinal vertical section (partially).

Электрическая машина содержит ротор 1 с полюсами 2, с радиальными вентиляционными каналами 3, статор 4 с сердечником 5, обмоткой 6 и элементами ее крепления 7 при выходе из сердечника, корпусом 8 с отверстиями 9 в зоне расположения лобовых частей обмотки 6, камеру холодного воздуха 10 вокруг корпуса, а также систему воздухоразделяющих щитов 11 и 12 в торцевой зоне электрической машины. Воздухоразделяющий щит 11 установлен над торцом статора 4, примыкает к корпусу 8 на своем внешнем диаметре и охватывает головки 13 лобовых частей обмотки 6 на внутреннем диаметре. Воздухоразделяющий щит 12 установлен над торцом ротора 1 с минимальным зазором относительно лобовых частей обмотки 6 в месте расположения элементов их крепления 7 при выходе из сердечника 5 на своем внешнем диаметре, охватывает часть ротора 1 и полюса 2 и закреплен непосредственно на роторе 1. Щит 12 выполнен в виде двух параллельно расположенных колец 14 и 15, имеющих одну ось вращения 16. Кольцо 14 непосредственно примыкает к ротору 1, и радиальная его длина равна радиальной длине вентиляционных каналов 3 ротора 1. Кольцо 15 охватывает часть ротора 1 и полюса 2 и имеет на своем внешнем диаметре минимальный зазор относительно лобовых частей обмотки 6 в месте расположения элементов их крепления 7 при выходе из сердечника 5. Кольца 14 и 15 соединены между собой радиальными равномерно расположенными по окружности ребрами 17, высота которых обеспечивает достаточное пространство между кольцами для образования радиального вентиляционного канала 18 и прохода по нему охлаждающего воздуха, а радиальная длина соответствует радиальной длине кольца 15. В радиальном вентиляционном канале 18 напорным элементом являются ребра 17. Кольцо 15 на наружном диаметре и ребра 17 соединены с полым цилиндром 19, который расположен между кольцом 15 и полюсами 2 и, как кольцо 15, имеет минимальный зазор относительно лобовых частей обмотки 6 в месте расположения элементов их крепления 7 при выходе из сердечника 5. Соединение колец 14 и 15 с ребрами 17 и полого цилиндра 19 с кольцом 15 и ребрами 17 может быть выполнено, например, сваркой, а на роторе щит 12 закреплен, например, посредством болтов 20. Щит 11 и кольцо 15 щита 12 имеют между собой пространство для прохода воздуха и образуют совместно с торцевыми частями статора 4 радиально-кольцевую камеру 21. Входом воздуха в камеру 21 из камеры холодного воздуха 10 являются отверстия 9. Выход из камеры 21 сопряжен со входом в вентиляционные каналы 3 ротора 1 и во вновь созданный вентиляционный канал 18.The electric machine contains a rotor 1 with poles 2, with radial ventilation channels 3, a stator 4 with a core 5, a winding 6 and its fastening elements 7 when leaving the core, a housing 8 with holes 9 in the area of the frontal parts of the winding 6, a cold air chamber 10 around the housing, as well as a system of air separation panels 11 and 12 in the end zone of the electric machine. An air separating shield 11 is mounted above the end face of the stator 4, adjoins the housing 8 at its outer diameter and covers the heads 13 of the frontal parts of the winding 6 on the inner diameter. An air-separating shield 12 is mounted above the end of the rotor 1 with a minimum clearance relative to the frontal parts of the winding 6 at the location of the elements of their fastening 7 when exiting the core 5 at its outer diameter, covers part of the rotor 1 and pole 2 and is mounted directly on the rotor 1. The shield 12 is made in the form of two parallel rings 14 and 15 having one axis of rotation 16. The ring 14 is directly adjacent to the rotor 1, and its radial length is equal to the radial length of the ventilation channels 3 of the rotor 1. Ring 15 covers part of the rotor 1 and pole 2 and has on its outer diameter a minimum clearance relative to the frontal parts of the winding 6 at the location of their fastening elements 7 when leaving the core 5. The rings 14 and 15 are interconnected by radial ribs 17 uniformly spaced around the circumference, the height of which provides sufficient space between rings for the formation of a radial ventilation channel 18 and the passage of cooling air through it, and the radial length corresponds to the radial length of the ring 15. In the radial ventilation channel 18 pressure The elements are ribs 17. The ring 15 on the outer diameter and the ribs 17 are connected to a hollow cylinder 19, which is located between the ring 15 and the poles 2 and, like the ring 15, has a minimum clearance relative to the frontal parts of the winding 6 at the location of their fastening elements 7 at the exit from the core 5. The connection of the rings 14 and 15 with the ribs 17 and the hollow cylinder 19 with the ring 15 and the ribs 17 can be performed, for example, by welding, and the shield 12 is mounted on the rotor, for example, by means of bolts 20. The shield 11 and the ring 15 of the shield 12 have a space for air passage and together with the end parts of the stator 4 form a radial-annular chamber 21. The air inlet into the chamber 21 from the cold air chamber 10 are holes 9. The exit from the chamber 21 is connected to the entrance to the ventilation channels 3 of the rotor 1 and to the newly created ventilation channel 18.

При работе электрической машины под воздействием вентиляционного эффекта ротора 1 с полюсами 2 и радиальными вентиляционными каналами 3, а также радиальных вентиляционных каналов 18 с напорными элементами - ребрами 17 воздух, пройдя через ротор 1, щит 12, сердечник 5 и среднюю часть корпуса 8, поступает в камеру холодного воздуха 10, откуда через отверстия 9 он поступает в радиально-кольцевую камеру 21, охлаждает лобовые части обмотки 6 и, выходя через пространство между щитами 11 и 12, попадает в вентиляционные каналы 3 ротора 1 и радиальные вентиляционные каналы 18 на торцах ротора 1.When the electric machine is operating under the influence of the ventilation effect of the rotor 1 with poles 2 and radial ventilation channels 3, as well as radial ventilation channels 18 with pressure elements - ribs 17, air passes through the rotor 1, shield 12, core 5 and the middle part of the housing 8 into the cold air chamber 10, from where it enters the radial-annular chamber 21 through the openings 9, cools the frontal parts of the winding 6 and, leaving the space between the shields 11 and 12, enters the ventilation ducts 3 of the rotor 1 and the radial ventilation channels 18 at the ends of the rotor 1.

В предлагаемой конструкции за счет появления новых радиальных вентиляционных каналов на торце ротора обеспечивается возможность уменьшения количества радиальных вентиляционных каналов на роторе, прежде всего на его торцах, что упрощает его конструкцию и повышает механическую прочность. При этом повышается и эффективность охлаждения, т.к. в новых радиальных вентиляционных каналах на торцах ротора напор создается за счет ребер, имеющих большую радиальную длину, чем длина напорных элементов радиальных вентиляционных каналов ротора. При этом наличие на вращающемся щите на большем диаметре наиболее удаленного от ротора кольца полого цилиндра обеспечивает направленное движение охлаждающего воздуха в междуполюсное пространство ротора.In the proposed design, due to the appearance of new radial ventilation ducts at the end of the rotor, it is possible to reduce the number of radial ventilation ducts at the rotor, especially at its ends, which simplifies its design and increases mechanical strength. This increases the cooling efficiency, as in new radial ventilation channels at the ends of the rotor, the pressure is created due to ribs having a greater radial length than the length of the pressure elements of the radial ventilation channels of the rotor. At the same time, the presence of a hollow cylinder ring most distant from the rotor on a rotating shield on a larger diameter provides a directed movement of cooling air into the interpolar space of the rotor.

Claims

An electric machine containing an explicitly polar rotor with radial ventilation channels, a stator with a core, a winding, and fastening elements of its frontal parts when leaving the core, a body and holes in the area of the frontal parts of the winding, a cold air chamber around the body and air separation panels in the end zone, one of which is installed above the end of the stator and adjoins the housing on its outer surface and covers the heads of the frontal parts, the other air-separating shield is installed above the end of the rotor with min with a small gap relative to the frontal parts at the location of their fastening elements when leaving the core, covers part of the rotor and pole and is mounted directly on the rotor, the shields allow air to pass between them and form a radial-circular chamber with the end parts of the stator, the entrance of which is connected to the cold chamber air, and the exit - with the entrance to the ventilation channels of the rotor, characterized in that the shield mounted directly on the rotor is made in the form of two, having one axis of rotation parallel to the face, one of which is directly adjacent to the rotor and its radial length is equal to the radial length of the ventilation channels of the rotor, and the other covers part of the rotor and the pole and has a minimum clearance relative to the frontal parts at the location of their fastening when leaving the core, the rings are evenly connected to each other radially circumferentially arranged fins, the height of which provides sufficient space between the disks for the formation of a radial ventilation duct and passage of cooling air through it, and the radial length corresponds to the radial length of the ring farther from the rotor, while the ring on the outer diameter and the ends of the ribs are connected to a hollow cylinder located between this ring and the poles.