RU2283524C1 - Reluctance electrical machine rotor - Google Patents
Reluctance electrical machine rotor Download PDFInfo
- Publication number
- RU2283524C1 RU2283524C1 RU2005100321/28A RU2005100321A RU2283524C1 RU 2283524 C1 RU2283524 C1 RU 2283524C1 RU 2005100321/28 A RU2005100321/28 A RU 2005100321/28A RU 2005100321 A RU2005100321 A RU 2005100321A RU 2283524 C1 RU2283524 C1 RU 2283524C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- rotor
- along
- groove
- radial
- inlet
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Motor Or Generator Cooling System (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области электромашиностроения и касается устройства ротора реактивной синхронной электрической машины с общим воздушным охлаждением осевой продувкой.The invention relates to the field of electrical engineering and relates to a rotor device for a synchronous reactive electric machine with general air cooling by axial blowing.
Важнейшее и бесспорное преимущество реактивных синхронных электрических машин в сравнении с машинами общепромышленного назначения других типов - наибольшая простота и обусловленная ею надежность. Столь же важен их главный недостаток, общий для синхронных машин всех видов, - постоянство скорости вращения при питании от сети. Этим ограничена область их непосредственного применения только нерегулируемым приводом.The most important and indisputable advantage of reactive synchronous electric machines in comparison with other types of general-purpose machines is the greatest simplicity and reliability due to it. Equally important is their main drawback common to synchronous machines of all kinds - the constancy of rotation speed when powered from the network. This limits the scope of their direct application only to an unregulated drive.
Кроме этого, "естественный" cosφ таких машин мал. Существенно улучшить его конструктивным совершенствованием машины нельзя. Из-за отсутствия независимого (нереактивного) возбуждения ротора и тем самым возможности регулирования cosφ - реактивные синхронные машины не могут служить компенсаторами реактивной мощности в энергосистемах. Поэтому в прошлом они находили крайне ограниченное применение в маломощных электроприводах узкоспециального назначения.In addition, the “natural” cosφ of such machines is small. It is impossible to significantly improve it by constructive improvement of the machine. Due to the lack of independent (non-reactive) rotor excitation and thus the ability to control cosφ - reactive synchronous machines cannot serve as compensators for reactive power in power systems. Therefore, in the past they found extremely limited use in low-power electric drives of a highly specialized purpose.
В последние десятилетия развитие технических средств силовой и управляющей электроники привело к созданию мощных быстродействующих полностью управляемых полупроводниковых приборов. На их основе разработаны и уже достаточно широко применяются эффективные системы бесступенчатого изменения частоты питающего электроприводы переменного тока практически в любых диапазонах, включая стоповый и околостоповые режимы. Это сняло главный - кинематический - недостаток реактивных синхронных машин. Эволюция параметров оперативных накопителей электроэнергии позволила создать средствами схемотехники системы электропривода с использованием реактивных синхронных и автосинхронных машин с электронной коммутацией, автоматически обеспечивающие не только cosφ=1, но и работу в режимах компенсации.In recent decades, the development of technical means of power and control electronics has led to the creation of powerful high-speed fully controllable semiconductor devices. On their basis, effective systems have been developed and are already widely used for continuously varying the frequency of the supply AC electric drives in virtually any range, including stop and near-stop modes. This removed the main - kinematic - lack of jet synchronous machines. The evolution of the parameters of on-line energy storage devices made it possible to create electric drive systems using reactive synchronous and auto-synchronous machines with electronic switching, automatically providing not only cosφ = 1, but also working in compensation modes.
Эти достижения открывают возможность для самого широкого полезного применения реактивных синхронных машин в содержащих электроприводы энергосистемах практически любой мощности и любого назначения, что, в свою очередь, стимулирует интенсивные поисковые разработки по улучшению их технико-экономических характеристик.These achievements open up the possibility for the widest possible use of reactive synchronous machines in power systems containing electric drives of virtually any capacity and for any purpose, which, in turn, stimulates intensive search developments to improve their technical and economic characteristics.
Одно из таких наиболее продуктивных направлений - совершенствование системы воздушного охлаждения.One of the most productive areas is the improvement of the air cooling system.
При простейшей и потому распространенной системе воздушного охлаждения осевой продувкой машины интенсивность охлаждения ее элементов даже при одинаковом тепловыделении в них существенно различна. В частности, несмотря на высокую теплопроводность обмотки статора в осевом направлении, входная ее лобовая часть, охлаждаемая "свежим" воздухом, имеет температуру значительно ниже температуры выходной.With the simplest and therefore widespread system of air cooling by axial blowing of a machine, the intensity of cooling of its elements even with the same heat generation in them is significantly different. In particular, despite the high thermal conductivity of the stator winding in the axial direction, its inlet frontal part, cooled by "fresh" air, has a temperature significantly lower than the outlet temperature.
Например, в асинхронных электрических машинах средней мощности с КЗ-обмоткой ротора при обычном для них минимальном зазоре по расточке и при небольшой глубине надклиновых шлицев в пазах статора общий осевой продув через эти каналы и, соответственно, теплоотвод в них на воздух невелики. Из-за этого температура обмотки статора на входе и выходе охлаждающего воздуха в некоторых конструкциях таких машин различается на десятки градусов.For example, in medium-power asynchronous electric machines with short-circuit winding of the rotor with the usual minimum clearance for bore and with a small depth of wedge slots in the stator grooves, the total axial blow through these channels and, accordingly, the heat sink into them is small. Because of this, the temperature of the stator winding at the inlet and outlet of cooling air in some designs of such machines varies by tens of degrees.
Устранить эту разницу при только осевом общем движении охлаждающего воздуха через машину нельзя. Лимитирует же срок службы изоляции обмотки в целом по тепловому старению ее наиболее нагретая область (в данном случае лобовая часть обмотки статора со стороны выхода охлаждающего воздуха из машины или примыкающий к ней участок пазовой части), что и обусловливает большое недоиспользование работоспособности изоляции всей остальной части обмотки (включая пазовую зону) со стороны входа охлаждающего воздуха в машину.It is impossible to eliminate this difference with only axial general movement of cooling air through the machine. The life of the insulation of the winding as a whole due to thermal aging is limited by its most heated region (in this case, the frontal part of the stator winding from the cooling air outlet from the machine or the adjacent portion of the groove part), which leads to a large underutilization of the insulation performance of the rest of the winding (including the groove zone) from the cooling air inlet side of the machine.
Принципиальная отличительная особенность реактивных синхронных машин - явнополюсный безобмоточный ротор - при незначительной ВГ-пульсации главного магнитного потока бегущего поля статора обусловливает весьма малые потери в роторе от вихревых токов. Других собственных источников нагрева в нем нет. Поэтому он практически не нуждается в охлаждении. Это создает возможность эффективного использования ротора реактивной синхронной машины как основы внутримашинного устройства интенсивного воздушного охлаждения активной части статора. Конструктивно для этого могут быть использованы оба торца ротора и вся его пазовая часть, т.е. практически вся внешняя поверхность, кроме рабочей поверхности полюсов в зазоре по расточке. При этом требующая указанного интенсивного воздушного охлаждения система - активная часть статора - в данном случае естественно подразделяется на три основных элемента. Эти элементы:A fundamental distinguishing feature of reactive synchronous machines - a clearly pole non-winding rotor - with insignificant high-frequency pulsation of the main magnetic flux of the running field of the stator causes very small losses in the rotor from eddy currents. There are no other sources of heating in it. Therefore, it practically does not need cooling. This makes it possible to efficiently use the rotor of a jet synchronous machine as the basis of an intramachine device for intensive air cooling of the active part of the stator. Structurally, for this, both ends of the rotor and its entire groove part, i.e. almost the entire outer surface, except for the working surface of the poles in the bore gap. At the same time, the system requiring the indicated intensive air cooling — the active part of the stator — in this case is naturally subdivided into three main elements. These items are:
а) входной, главным в теплотехническом отношении которого узлом является блок лобовых частей обмотки;a) input, the main thermotechnical unit of which is the block of the frontal parts of the winding;
б) пазовая часть на всей длине магнитопровода статора;b) the groove part along the entire length of the stator magnetic circuit;
в) выходной, где, как и во входном, теплотехнически главный узел - блок лобовых частей обмотки.c) output, where, as in the input, the main technical unit is a block of the frontal parts of the winding.
Соответственно этому активная аэродинамическая система ротора также должна иметь три основных элемента. Они должны быть размещены на торцах ротора и в его пазовой части. Их охлаждающие характеристики можно подобрать такими, что будет обеспечена практически одинаковая температура обмотки статора на всем ее осевом протяжении - от наружного торца лобовой части со стороны входа воздуха в машину до наружного торца лобовой части со стороны его выхода. Это - предел, который, в частности, обеспечивает наибольшее по сроку службы использование изоляции и к которому стремятся конструкторы систем охлаждения электрических машин. Одновременно может быть значительно усилен общий теплоотвод от обмотки статора, а также от магнитопровода статора в его пазовой части.Accordingly, the active aerodynamic system of the rotor must also have three main elements. They must be placed at the ends of the rotor and in its groove part. Their cooling characteristics can be selected such that almost the same temperature of the stator winding will be ensured along its entire axial extent - from the outer end of the frontal part from the air inlet to the machine to the outer end of the frontal part from the outlet. This is the limit, which, in particular, ensures the longest use of insulation for the service life, and which designers of cooling systems of electric machines strive for. At the same time, the overall heat removal from the stator winding, as well as from the stator magnetic circuit in its grooved part, can be significantly enhanced.
Возможный путь такого комплексного решения указанной задачи составляет содержание данной заявки.A possible way of such a comprehensive solution to this problem is the content of this application.
Идея использования ротора синхронных машин в качестве устройства для охлаждения воздухом статора известна и находит практическое применение в ряде конструктивных схем.The idea of using a rotor of synchronous machines as a device for air cooling of a stator is known and finds practical application in a number of design schemes.
Известна, в частности, схема вентиляции синхронной машины при помощи установленных на торце ротора центробежных вентиляторов так называемого ковшового типа, в которой осевой поток воздуха, поступающий извне на ротор, направляется вентиляторами на лобовую часть обмотки статора и в зазор по расточке (при явнополюсном роторе также в осевые каналы межполюсных окон), откуда по радиальным каналам в магнитопроводе статора выводится наружу (Филиппов И.Ф. Вопросы охлаждения электрических машин. М.-Л.: Энергия, 1964. Стр.19, рис.2-8).In particular, the ventilation scheme of a synchronous machine is known using centrifugal fans of the so-called bucket type mounted on the end of the rotor, in which the axial air flow from the outside to the rotor is directed by the fans to the front of the stator winding and to the bore gap (with an explicit pole rotor into the axial channels of the interpolar windows), from where it is led out through the radial channels in the stator magnetic circuit (I. Filippov. Issues of cooling electrical machines. M.-L.: Energy, 1964.
Главный недостаток указанного устройства - неравномерность охлаждения статора в продольном направлении, обусловленная подачей воздуха во все радиальные каналы статора из общего продольного питающего канала постоянного сечения. Аксиальное расслоение магнитопровода статора значительно усложняет его конструкцию и систему отвода нагретого в статоре воздуха, увеличивает осевой размер всей активной части статора и машины в целом.The main disadvantage of this device is the uneven cooling of the stator in the longitudinal direction, due to the supply of air to all radial channels of the stator from a common longitudinal supply channel of constant cross section. Axial stratification of the stator magnetic circuit greatly complicates its design and the exhaust system of the heated air in the stator, increases the axial size of the entire active part of the stator and the machine as a whole.
Известно устройство реактивной автосинхронной электрической машины типа РИД (реактивный индукторный двигатель) с явнополюсным безобмоточным ротором, в которой осевой поток охлаждающего воздуха создается установленным на валу машины отдельно от ротора центробежным вентилятором. Указанный общий воздушный поток проходит отдельными осевыми потоками в межполюсных окнах ротора, зазор по расточке и щелевые каналы между содержащими обмотки полюсами статора (Щербаков В.Г., Захаров В.И., Павлюков В.М. Результаты разработки и описание конструкции тягового индукторного электродвигателя НТИ-350. Сб. "Электровозостроение", т.43. Новочеркасск, 2001, стр.62-67. См. стр.65, рис.1).A device is known for a reactive autosynchronous electric machine of the type RID (reactive induction motor) with a clearly polar windingless rotor, in which an axial flow of cooling air is created by a centrifugal fan mounted on the machine shaft separately from the rotor. The indicated total air flow passes through separate axial flows in the rotor interpolar windows, a bore gap and slotted channels between the stator poles containing windings (Shcherbakov V.G., Zakharov V.I., Pavlyukov V.M. Development results and design description of the traction induction electric motor NTI-350. Sat "Electric Locomotive", t. 43. Novocherkassk, 2001, p. 62-67. See p. 65, Fig. 1).
Недостаток этого устройства - низкая общая теплотехническая эффективность, обусловленная топологией охлаждающего тракта в виде системы номинально параллельных осевых потоков вдоль охлаждаемых поверхностей, что определяет значительный перепад температур охлаждаемых поверхностей по ходу воздуха в указанных каналах. Неорганизованная турбулизация осевых воздушных потоков в пазах быстровращающегося ротора мало способствует устранению этого недостатка. В наиболее тяжелых для статора по теплу стоповом и околостоповых режимах этот эффект вообще не работает. Наконец, принцип работы электромагнитной системы РИД даже в номинальном режиме порождает большое тепловыделение в самом роторе при его высокочастотном перемагничивании, что требует изготовления магнитопровода ротора шихтованным из высококремнистой тонколистовой (0,35 мм вместо обычных 0,5 мм) электротехнической стали и интенсивного охлаждения. Поэтому использовать ротор как основу для устройства системы интенсивного охлаждения активной части статора здесь практически нельзя.The disadvantage of this device is the low overall heat engineering efficiency, due to the topology of the cooling path in the form of a system of nominally parallel axial flows along the cooled surfaces, which determines a significant temperature difference of the cooled surfaces along the air in these channels. Unorganized turbulization of axial air flows in the grooves of a rapidly rotating rotor does little to eliminate this drawback. In the most severe stop and near-stop modes for the stator due to heat, this effect does not work at all. Finally, the principle of operation of the RID electromagnetic system even in the nominal mode generates a large heat release in the rotor itself during its high-frequency magnetization reversal, which requires the manufacture of the rotor magnetic circuit in high-siliceous sheet steel (0.35 mm instead of the usual 0.5 mm) electrical steel and intensive cooling. Therefore, it is practically impossible to use the rotor as the basis for the device for intensive cooling of the active part of the stator.
Известна электрическая машина с аксиальным воздушным охлаждением, содержащая явнополюсный ротор с размещенными на его полюсах катушками возбуждения, особенность структурной конфигурации воздушных потоков системы охлаждения которой состоит, в частности, в том, что поток охлаждающего воздуха, поступающий на один из торцов ротора, разделяется на три концентрических кольцевых составляющих. Воздух наружной составляющей проходит вдоль межполюсных каналов, средней - поворотом в меридиональных плоскостях по оси полюсов преобразуется в систему радиальных потоков, охлаждающих лобовые части катушек возбуждения на входной стороне ротора, с выходом этих потоков через радиальные отверстия в наружных козырьках обмоткодержателей на соответствующие лобовые части обмотки статора. Внутренняя составляющая по аксиальным каналам (в тех же плоскостях по оси полюсов) проходит на противоположную сторону ротора и после такого же, как и в предыдущем случае, поворота обдувает лобовые части катушек возбуждения на выходной стороне ротора с уходом из ротора в осевом направлении благодаря второму - обратному - отклонению наружными козырьками обмоткодержателей этой системы ротора. На лобовые части обмотки статора, расположенные в той же радиальной плоскости лобовых частей катушек на роторе, эта составляющая осевого потока воздуха, идущего на ротор, не попадает (Авт. свид. СССР №1170556, кл. Н 02 К 9/19).Known electric machine with axial air cooling, containing a pronounced rotor with excitation coils located at its poles, a feature of the structural configuration of the air flows of the cooling system which consists, in particular, in that the flow of cooling air entering one of the ends of the rotor is divided into three concentric ring components. The air of the external component passes along the interpolar channels, the middle component is converted by turning in the meridional planes along the axis of the poles into a system of radial flows that cool the frontal parts of the excitation coils on the input side of the rotor, and these flows exit through the radial openings in the outer visors of the winding holders to the corresponding frontal parts of the stator winding . The internal component along the axial channels (in the same planes along the axis of the poles) passes to the opposite side of the rotor and, after the same rotation as in the previous case, blows around the front parts of the excitation coils on the output side of the rotor with axial exit from the rotor - the reverse is the deviation by the external visors of the winding holders of this rotor system. On the frontal parts of the stator winding, located in the same radial plane of the frontal parts of the coils on the rotor, this component of the axial flow of air going to the rotor does not fall (Avt. St. USSR No. 1170556, class N 02 K 9/19).
Главный недостаток рассмотренного устройства - удивительная по своей ненужности сложность реализации в конструктивной схеме известного и чрезвычайно продуктивного принципа - разделения общего осевого потока воздуха, поступающего на ротор, на три концентрических кольцевых составляющих (см. выше). Используются и не все потенциальные возможности этого принципа. В частности:The main drawback of the device under consideration is the surprisingly unnecessary complexity of implementing the well-known and extremely productive principle in the design scheme - dividing the total axial flow of air entering the rotor into three concentric annular components (see above). Not all potential opportunities of this principle are used. In particular:
а) общий осевой поток внешнего кольца, проходящий аксиально по межполюсным каналам, охлаждает практически только роторную часть - установленные на полюсах ротора катушки возбуждения и распорки между ними. Однако этот поток при соответствующем дооборудовании межполюсного пространства (см. ниже) может быть использован для интенсивного обдува активной системы статора в ее наиболее нагреваемой части - со стороны зазора по расточке;a) the total axial flow of the outer ring, passing axially through the interpolar channels, cools almost only the rotor part - excitation coils mounted on the poles of the rotor and spacers between them. However, this flow, with appropriate retrofitting of the interpolar space (see below), can be used to intensively blow the active stator system in its most heated part - from the side of the bore gap;
б) из двух систем радиальных потоков выбрасываемого ротором отработавшего на его катушках охлаждающего воздуха в дальнейшем используется только одна система - для охлаждения лобовой части обмотки статора на входном торце. На выходном торце ротора аналогичные радиальные потоки воздуха специальными козырьками обмоткодержателя поворачиваются на 90° в меридиональных плоскостях и теплотехнически бесполезно отбрасываются в осевом направлении на выход. В статорное пространство машины они не попадают. Лобовые части обмотки статора на выходном торце обдуваются кольцевым осевым потоком, проходящим внутри статора с его противоположной стороны. Для этого магнитопровод статора размещен в корпусе машины с внутренними продольными ребрами, образующими аксиальные каналы для прохода воздуха. В результате наружный диаметр машины непроизводительно увеличивается на удвоенный радиальный размер указанных каналов. Это недостаток машины-прототипа. Кроме того, воздух в каналах неизбежно нагревается от контакта с нагретой наружной поверхностью магнитопровода и внутренней поверхностью корпуса, который, очевидно, тоже нельзя считать холодным;b) of the two radial flow systems emitted by the rotor of the cooling air exhausted on its coils, in the future only one system is used - for cooling the frontal part of the stator winding at the inlet end. At the outlet end of the rotor, similar radial air flows with special visors of the winding holder rotate 90 ° in the meridional planes and are thermally technically uselessly thrown axially to the exit. They do not fall into the stator space of the machine. The frontal parts of the stator winding at the output end face are blown by an annular axial flow passing inside the stator from its opposite side. For this, the stator magnetic circuit is placed in the machine body with internal longitudinal ribs forming axial channels for air passage. As a result, the outer diameter of the machine unproductively increases by twice the radial size of these channels. This is a disadvantage of the prototype machine. In addition, the air in the channels inevitably heats up from contact with the heated outer surface of the magnetic circuit and the inner surface of the housing, which, obviously, also cannot be considered cold;
в) в третьем варианте машины-прототипа предусмотрена установка металлического (например, алюминиевого) вытяжного вентилятора для охлаждения ротора. Выбрасываемые им радиальные потоки воздуха ничего не охлаждают. Они теплотехнически бесполезно турбулизируют воздух в выходной камере-сборнике, тем самым лишь увеличивая общее аэродинамическое сопротивление продува машины.c) in the third version of the prototype machine, a metal (for example, aluminum) exhaust fan is installed to cool the rotor. The radial air currents emitted by him do not cool anything. They thermotechnically uselessly turbulize the air in the outlet chamber-collector, thereby only increasing the overall aerodynamic drag of the machine.
Система осевых потоков воздуха вдоль ротора во внутреннем кольце выполнена в виде каналов между гладкой наружной поверхностью вала и внутренней поверхностью ярма с продольными ребрами на ней (основной вариант) или между гладкой внутренней поверхностью ярма и разделением каналов продольными ребрами на поверхности вала (альтернативный вариант). Но, во-первых, в обоих случаях это технологически сложно; во-вторых, из общего машиностроения известно: надежное силовое соединение ротора с валом по условиям работы их сопряжения на посадке в таких конструкциях получить практически нельзя. Конструктивное же осуществление второго альтернативного варианта "Указанные ребра также могут быть ... оформлены в виде отдельной промежуточной детали типа ступицы" (см. описание к авт. свид., колонка 1, строки 48-53) представить невозможно: "ребра ... в виде ... ступицы" - что это? В конструкциях электрических машин средней мощности эта задача решается, например, применением для таких целей литой ступицы в виде двух соосных втулок с достаточным радиальным зазором между ними, соединенных продольными ребрами (спицами), расположенными в меридиональных плоскостях, и с цилиндрическими посадками такой ступицы внутренней втулкой на вал, наружной - в ярмо. Но это, конечно, не "ребра в виде ступицы".The system of axial air flows along the rotor in the inner ring is made in the form of channels between the smooth outer surface of the shaft and the inner surface of the yoke with longitudinal ribs on it (main version) or between the smooth inner surface of the yoke and the separation of channels by longitudinal ribs on the shaft surface (alternative). But, firstly, in both cases it is technologically difficult; secondly, from general engineering it is known: a reliable power connection of the rotor with the shaft according to the operating conditions of their pairing on landing in such structures is practically impossible to obtain. The constructive implementation of the second alternative option "The indicated ribs can also be ... designed as a separate intermediate part such as a hub" (see description to the author certificate, column 1, lines 48-53) is impossible to imagine: "ribs ... in the form of ... a hub "- what is it? In the designs of medium-power electric machines, this problem is solved, for example, by using a cast hub for such purposes in the form of two coaxial bushings with a sufficient radial clearance between them, connected by longitudinal ribs (spokes) located in the meridional planes, and with cylindrical fits of such a hub by an inner sleeve on the shaft, the outer - in the yoke. But this, of course, is not a “rib in the form of a hub”.
В "Правилах составления, подачи и рассмотрения заявки на выдачу патента на изобретение" определено (п.3.2.4.2):In the "Rules for the preparation, filing and consideration of an application for the grant of a patent for an invention" it is defined (clause 3.2.4.2):
В качестве аналога изобретения указывается средство того же назначения, известное из сведений, ставших общедоступными до даты приоритета изобретения".As an analogue of the invention, a means of the same purpose is indicated, known from information that has become publicly available before the priority date of the invention. "
Назначение ротора в целом по а.с. 1170556 - создание бегущего поля возбуждения синхронной машины, заявляемого - электромагнитного момента под воздействием бегущего поля статора такой машины. Поэтому оба ротора, будучи одинаково явнополюсными, имеют соответственно принципиально различные конструктивные схемы - с обмоткой возбуждения на полюсах и без нее.Appointment of a rotor as a whole on.with. 1170556 - the creation of a running field of excitation of a synchronous machine, the inventive electromagnetic moment under the influence of a running field of the stator of such a machine. Therefore, both rotors, being equally explicitly polar, have correspondingly fundamentally different structural schemes - with and without excitation windings at the poles.
Назначение аэродинамической системы ротора по а.с. 1170556 - охлаждение обмоток ротора, заявляемого - статора.The purpose of the aerodynamic system of the rotor according to AS 1170556 - cooling of the rotor windings of the claimed stator.
Следовательно, в строгом соответствии с указанным пунктом "Правил" сопоставляемые технические решения (устройства) аналогами быть не могут.Therefore, in strict accordance with the specified paragraph of the "Rules", the comparable technical solutions (devices) cannot be analogues.
Однако их объединяет общий принцип (см. выше критику прототипа) построения аэродинамических систем ротора - разделение осевого потока воздуха, идущего на ротор, на коаксиальные кольцевые составляющие с использованием их парциальных потоков поворотом на 90° в меридиональных плоскостях симметрии полюсов на торцах ротора и непосредственно - в его пазовых каналах. Такого уровня общность допускает, по-видимому, возможность условно рассматривать устройство по а.с. 1170556 как ближайший аналог заявляемого (прототип) - условно потому, что в соответствии с пп.(2) п.3.2.4.3 "Правил" принципы патентно защищаемыми признаками не являются.However, they are united by the general principle (see criticism of the prototype above) of constructing rotor aerodynamic systems - separation of the axial flow of air going to the rotor into coaxial ring components using their partial flows by 90 ° rotation in the meridional planes of symmetry of the poles at the ends of the rotor and directly in its groove channels. This level of generality allows, apparently, the ability to conditionally consider the device as. 1170556 as the closest analogue of the claimed (prototype) - conditionally because in accordance with paragraphs (2) of clause 3.2.4.3 of the "Rules" the principles are not patent protected features.
Задача изобретения - обеспечение максимально одинаковой температуры обмотки статора реактивной синхронной электрической машины с воздушным охлаждением осевой продувкой на всем осевом протяжении обмотки - от наружного торца лобовой части со стороны входа воздуха в машину до наружного торца лобовой части со стороны его выхода - при одновременном усилении теплоотвода от нее. Это позволяет (совместно или альтернативно):The objective of the invention is the provision of the most uniform temperature of the stator winding of a reactive synchronous electric machine with air cooling by axial blowing along the entire axial length of the winding - from the outer end of the frontal part from the air inlet side of the machine to the outer end of the frontal part from the outlet side - while enhancing heat dissipation from her. This allows (jointly or alternatively):
а) увеличить плотность тока в обмотках и тем самым улучшить массогабаритные характеристики машины;a) increase the current density in the windings and thereby improve the overall dimensions of the machine;
б) уменьшить температуру обмоток и тем самымb) reduce the temperature of the windings and thereby
- увеличить срок службы изоляции,- increase the service life of the insulation,
- применить изоляцию менее теплостойкую и поэтому более дешевую или технологически доступную,- apply insulation less heat-resistant and therefore cheaper or technologically affordable,
- повысить КПД машины.- increase the efficiency of the machine.
Решение задачи изобретения достигается путем использования аэродинамических возможностей явнополюсного безобмоточного ротора указанной машины по принципу разделения осевого потока охлаждающего воздуха, поступающего на один из торцов ротора, - на три кольцевых составляющих, одна из которых используется для охлаждения активной части статора в пределах поверхности магнитопровода, обращенной к зазору по расточке, а две другие - для охлаждения соответствующих лобовых частей с обеих торцевых сторон статора.The solution to the problem of the invention is achieved by using the aerodynamic capabilities of a clearly polar windingless rotor of the specified machine according to the principle of dividing the axial flow of cooling air entering one of the ends of the rotor into three ring components, one of which is used to cool the active part of the stator within the surface of the magnetic circuit facing the gap in the bore, and the other two for cooling the corresponding frontal parts from both end faces of the stator.
Для этого ротор снабжен направляющим аппаратом, преобразующим осевой поток охлаждающего воздуха, поступающий на один из торцов ротора, в единую систему аксиально-последовательно расположенных звездообразно расходящихся радиальных потоков, интенсивно охлаждающих со стороны расточки всю поверхность активной части статора на всем ее осевом протяжении, включая лобовые части обмотки.For this, the rotor is equipped with a guiding apparatus that converts the axial flow of cooling air supplied to one of the ends of the rotor into a single system of axially sequentially arranged star-shaped diverging radial flows, intensively cooling from the bore side the entire surface of the active part of the stator along its entire axial extent, including the frontal parts of the winding.
В соответствии с указанной общей топологией аэродинамической системы предлагаемого устройства ротора он содержит рабочую часть в виде укрепленного на валу машины с помощью промежуточной втулки-ступицы или непосредственно зубчатого тора из ферромагнитного материала, а его направляющий аппарат состоит из следующих конструктивных элементов:In accordance with the indicated general topology of the aerodynamic system of the proposed rotor device, it contains a working part in the form of a machine mounted on a shaft using an intermediate hub hub or directly gear torus made of ferromagnetic material, and its guiding apparatus consists of the following structural elements:
а) тангенциально установленных пазах между полюсами лопастей из немагнитного материала, каждая из которых имеет форму пластины с аксиально прямолинейной частью от наружного края со стороны входного по воздуху торца ротора и с отгибом в сторону статора на конце, противоположном по направлению движения воздуха вдоль паза входному, причем длина лопастей и зазор между наружной кромкой отгиба и цилиндрической геометрической поверхностью по наружному диаметру ротора у каждой из лопастей, расположенных ближе к оси ротора, больше, чем у соседней с нею, расположенной на большем диаметре;a) tangentially installed grooves between the poles of the blades of non-magnetic material, each of which has the form of a plate with an axially rectilinear part from the outer edge from the side of the rotor end inlet through the air and with a bend towards the stator at the end opposite in the direction of air movement along the inlet groove, moreover, the length of the blades and the gap between the outer edge of the limb and the cylindrical geometric surface along the outer diameter of the rotor of each of the blades located closer to the axis of the rotor is greater than that of the adjacent her with her, located on a larger diameter;
б) козырьков-отражателей, имеющих форму получаши с плоским разъемом по ее оси, контур которого соответствует контуру паза, и закрепленных против каждого паза на торце ротора со стороны выхода охлаждающего воздуха;b) reflector visors having the shape of a half-shell with a flat connector along its axis, the contour of which corresponds to the groove contour, and fixed against each groove on the end of the rotor from the cooling air outlet side;
в) радиальных желобов, закрепленных со стороны входа на ротор охлаждающего воздуха на торцевой поверхности ротора по оси каждого полюса и имеющих с внешней торцевой стороны входные осевые отверстия, расположенные в кольцевой зоне с наружным диаметром, не превышающим диаметр впадин межполюсных пазов, и радиальные выходные, расположенные на цилиндрической геометрической поверхности с диаметром ротора по расточке;c) radial grooves fixed from the inlet to the cooling air rotor on the end surface of the rotor along the axis of each pole and having axial inlets on the outer end located in the annular zone with an outer diameter not exceeding the diameter of the hollows of the interpolar grooves, and radial output located on a cylindrical geometric surface with a bore diameter of the rotor;
г) аксиальных каналов, кольцеобразно расположенных в меридиональных плоскостях объема бочки ротора по оси полюсов, открытых со стороны входа в ротор охлаждающего воздуха при расположении входных отверстий в кольцевой зоне с наружным диаметром, не превышающим внутренний диаметр кольцевой зоны входных отверстий желобов, расположенных на входной стороне ротора и соединенных каждые на выходной стороне ротора с радиальным желобом, закрепленным на торцевой поверхности ротора по оси каждого полюса и имеющим выходные отверстия, расположенные на цилиндрической геометрической поверхности с диаметром ротора по расточке.d) axial channels, annularly arranged in the meridional planes of the volume of the rotor barrel along the axis of the poles, open from the inlet side of the cooling air rotor when the inlet openings are located in the annular zone with an outer diameter not exceeding the inner diameter of the annular zone of the inlet openings of the grooves located on the inlet side rotor and each connected on the output side of the rotor with a radial groove mounted on the end surface of the rotor along the axis of each pole and having outlet openings, are located e on a cylindrical geometric surface with a bore diameter of the rotor.
Приведенное общее определение заявляемого устройства допускает ряд полезных частных вариантов выполнения. Основные из них:The general definition of the claimed device allows for a number of useful particular embodiments. The main ones are:
лопасти внутрипазовой части направляющего аппарата закреплены на образующих паз смежных зубцах ротора независимо (например, сваркой);the blades of the intra-groove part of the guide apparatus are mounted independently on the groove-forming adjacent teeth of the rotor (for example, by welding);
часть направляющего аппарата, состоящая из комплекта лопастей каждого паза, выполнена в виде установленного в пазу отдельного блока;a part of the guide apparatus, consisting of a set of blades of each groove, is made in the form of a separate unit installed in the groove;
система радиальных желобов направляющего аппарата со стороны входа на ротор охлаждающего воздуха выполнена в виде закрепленного на входном торце ротора единого блока;the system of radial grooves of the guide apparatus from the inlet side to the cooling air rotor is made in the form of a single unit fixed to the inlet end of the rotor;
козырьки-отражатели направляющего аппарата и система радиальных желобов со стороны выхода из ротора охлаждающего воздуха выполнены в виде закрепленного на выходном торце ротора единого блока.visors-reflectors of the guiding apparatus and the radial groove system on the outlet side of the cooling air rotor are made in the form of a single unit fixed to the rotor outlet end.
На фиг.1 показана электромагнитная система 4-полюсной реактивной синхронной электрической машины с установленным на роторе направляющим аппаратом (разрез по плоскости симметрии паза ротора); стрелкой А условно показана часть потока охлаждающего воздуха, поступающая в зазор по расточке; стрелкой Б - часть осевого потока охлаждающего воздуха, поступающего на ротор по наружной кольцевой зоне и проходящего далее по пазам;Figure 1 shows the electromagnetic system of a 4-pole reactive synchronous electric machine with a guide apparatus mounted on the rotor (section along the plane of symmetry of the groove of the rotor); arrow A conventionally shows part of the flow of cooling air entering the gap along the bore; arrow B - part of the axial flow of cooling air entering the rotor along the outer annular zone and passing further along the grooves;
на фиг.2 - то же, что на фиг.1, разрез по плоскости симметрии полюса; стрелкой В показана часть осевого потока охлаждающего воздуха, идущего на ротор по средней кольцевой зоне и проходящего далее по желобам этой стороны ротора на обдув соответствующей лобовой части обмотки статора; стрелкой Г - то же, что и стрелкой В, но по внутренней кольцевой зоне с последующим аксиальным проходом на противоположную сторону ротора и далее на обдув лобовой части обмотки статора противоположной стороны машины;figure 2 is the same as in figure 1, a section along the plane of symmetry of the pole; arrow B shows a part of the axial flow of cooling air going to the rotor along the middle annular zone and passing further along the grooves of this side of the rotor to blow around the corresponding frontal part of the stator winding; arrow G - the same as arrow B, but along the inner annular zone with subsequent axial passage to the opposite side of the rotor and then to blow around the frontal part of the stator winding of the opposite side of the machine;
на фиг.3 - вид ротора со стороны входа охлаждающего воздуха (показан на фиг.1 и 2 стрелками А, Б, В, Г);figure 3 is a view of the rotor from the inlet side of the cooling air (shown in figures 1 and 2 by arrows A, B, C, D);
на фиг.4 - вид ротора со стороны, противоположной стороне входа охлаждающего воздуха.figure 4 is a view of the rotor from the side opposite to the inlet side of the cooling air.
Предлагаемый ротор как один из основных элементов электромеханического преобразования энергии в реактивной синхронной электрической машине выполнен в виде зубчатого тора 1 (магнитопровода) прямоугольного меридионального сечения из ферромагнитного материала (фиг.1). Он укреплен на валу машины 2 с помощью промежуточной втулки-ступицы 3 или непосредственно.The proposed rotor as one of the main elements of the electromechanical energy conversion in a synchronous reactive electric machine is made in the form of a gear torus 1 (magnetic core) of a rectangular meridional section made of ferromagnetic material (figure 1). It is mounted on the shaft of the
Для организации теплотехнически рационального общего движения охлаждающего воздуха в активной части машины ротор снабжен направляющим аппаратом, составными частями которого являются:To organize a thermotechnically rational general movement of cooling air in the active part of the machine, the rotor is equipped with a guide apparatus, the components of which are:
а) тангенциально установленные в пазах 4 между полюсами 5 лопасти 6 из немагнитного материала. Каждая из них имеет форму пластины с аксиально прямолинейной частью 7 от наружного края со стороны входного (по потоку воздуха) торца ротора 8 и с отгибом 9 в сторону статора на конце, противоположном входному по направлению движения воздуха вдоль из паза 4. Длина лопастей 6 и зазор между наружной кромкой отгиба 8 и цилиндрической геометрической поверхностью по наружному диаметру ротора у каждой из лопастей 6, расположенных ближе к оси ротора, больше, чем у соседней с нею, расположенной на большем диаметре;a) tangentially installed in the grooves 4 between the
б) козырьки-отражатели 10, имеющие форму получаши с плоским разъемом по ее оси, контур которого соответствует контуру паза 4, и закрепленные против каждого паза 4 на торце ротора 11 со стороны выхода охлаждающего воздуха (фиг.1 и 4);b) visors-reflectors 10, having the form of half-shells with a flat connector along its axis, the contour of which corresponds to the contour of the groove 4, and fixed against each groove 4 on the end of the rotor 11 from the cooling air outlet side (Figs. 1 and 4);
в) радиальные желоба 12, закрепленные со стороны входа на ротор охлаждающего воздуха на этой торцевой поверхности 8 ротора по оси каждого полюса 5. Желоба 12 имеют с внешней торцевой стороны входные осевые отверстия 13, расположенные в кольцевой зоне с наружным диаметром, не превышающим диаметр впадин межполюсных пазов 4 (фиг.2 и 3). При этом радиальные выходные отверстия 14 указанных желобов 12 расположены на цилиндрической геометрической поверхности с диаметром ротора по расточке;c)
г) аксиальные каналы 15 (фиг.2 и 3), кольцеобразно расположенные в меридиональных плоскостях объема бочки ротора по оси полюсов 5, открытые со стороны входа в ротор охлаждающего воздуха на торце 8. Входные отверстия 16 каналов 15 расположены в кольцевой зоне с наружным диаметром, не превышающим внутренний диаметр кольцевой зоны входных отверстий 13 желобов 12, расположенных на входном торце ротора 8. На выходной стороне ротора 11 каждый из указанных аксиальных каналов 15 соединен с радиальным желобом 17, закрепленным на торцевой поверхности ротора 11 по оси каждого полюса 5. Выходные отверстия 18 желобов 17 расположены на цилиндрической геометрической поверхности с диаметром ротора по расточке.d) axial channels 15 (FIGS. 2 and 3), annularly arranged in the meridional planes of the volume of the rotor barrel along the axis of the
Перечисленные основные элементы направляющего аппарата ротора реактивной синхронной электрической машины и указанная их взаимная системообразующая компоновка допускают возможность выполнения в виде частных конструктивных компоновочных вариантов направляющего аппарата. Их отличительные особенности:The listed main elements of the guiding apparatus of the rotor of a reactive synchronous electric machine and their reciprocal system-forming arrangement allow the possibility of execution in the form of private constructive layout variants of the guiding apparatus. Their distinctive features:
- лопасти в внутрипазовой части направляющего аппарата закреплены на образующих паз 4 смежных зубцах ротора (полюсы 5) независимо (например, сваркой). Это наиболее целесообразный вариант при монолитном стальном магнитопроводе 1 ротора, выполненном в виде отливки, поковки или аксиально шихтованного сварного пакета толстолистовой стали в сочетании с лопастями 6 из тонколистовой немагнитной стали;- the blades in the intra-groove part of the guide apparatus are fixed on the groove forming 4 adjacent teeth of the rotor (poles 5) independently (for example, by welding). This is the most appropriate option for a monolithic steel magnetic circuit 1 of the rotor, made in the form of castings, forgings, or an axially laden welded package of plate steel in combination with blades 6 of sheet non-magnetic steel;
- часть направляющего аппарата, состоящая из комплекта лопастей 6 каждого паза 4, выполнена в виде установленного в пазу 4 отдельного блока. Вариант конструктивно легко осуществим при блочном выполнении торцевых аэродинамических систем направляющего аппарата (см. ниже) в виде, например, конструкций из армированного стекловолокном полимера или тонкостенного прецизионного литья из алюминиевых сплавов;- part of the guide apparatus, consisting of a set of blades 6 of each groove 4, is made in the form of a separate unit installed in the groove 4. The option is structurally easy to implement when performing block aerodynamic systems of the guide apparatus (see below) in the form, for example, of structures made of fiberglass-reinforced polymer or thin-walled precision casting of aluminum alloys;
- система радиальных желобов 17 направляющего аппарата ротора со стороны входа на ротор охлаждающего воздуха объединена в закрепленный на входном торце ротора 8 единый блок. Рациональная конструктивная схема - сочетание: а) аксиально прямолинейных направляющих лопаток 19 входной части направляющего аппарата ротора, выполненных по форме профиля паза 4 магнитопровода 1 ротора с образованием тангенциальных стенок желобов 12 и одновременно организующих вход воздушного потока в пазовую часть (фиг.1 и 3); б) входных камер В и Г для радиальных желобов 12 и аксиальных каналов 15 соответственно (фиг.2 и 3), образованных с применением кольцевых разделительных диафрагм 20 (наружной) и 21 (внутренней) типа цилиндрической оболочки, и радиальных перегородок 22 (наружной) и 23 (внутренней), установленных в меридиональных плоскостях по оси межпазовых впадин внутри кольцевых камерных пространств В и Г;- a system of
- козырьки-отражатели 10 направляющего аппарата и система радиальных желобов 17 со стороны выхода из ротора охлаждающего воздуха объединены в закрепленный на выходном торце ротора 11 единый блок.- visors-reflectors 10 of the guide apparatus and the
Работает предлагаемая система следующим образом.The proposed system works as follows.
Общий осевой поток охлаждающего воздуха, поступающий во входную торцевую полость машины, может быть представлен разделяющимся в машине с помощью направляющего аппарата ротора на сумму составляющих потоков:The total axial flow of cooling air entering the inlet end cavity of the machine can be represented as being divided in the machine using the rotor guide apparatus for the sum of the component flows:
А - через зазор по расточке и по межзубцовым надклиновым каналам в статоре;A - through the gap in the bore and in the interdental supraclavicular channels in the stator;
Б - по пазам 4 ротора;B - in the grooves of 4 rotors;
В - радиального обдува лобовой части обмотки статора 24 со стороны входа в машину охлаждающего воздуха;In - radial blowing of the frontal part of the stator winding 24 from the side of the entrance to the cooling air machine;
Г - то же, лобовой части обмотки статора 25 с противоположной стороны машины.G - the same, the frontal part of the stator winding 25 from the opposite side of the machine.
Для более четкой организации указанного распределения во входной полости машины может быть установлен распределительный аппарат. Схемы и конструкции их известны.For a more precise organization of the specified distribution in the input cavity of the machine can be installed switchgear. Their schemes and designs are known.
Поток А - обычный для вращающихся электрических машин. Его общая теплотехническая эффективность сравнительно невелика. Аксиально-одинаковую температуру активной части статора он обеспечить не может (см. выше).Stream A is common for rotating electrical machines. Its overall heat engineering efficiency is relatively small. It cannot provide the axially identical temperature of the active part of the stator (see above).
Поток Б, аксиально входящий в пазы 4, установленными в них лопастями 6 пазовой части направляющего аппарата радиально-послойно разделяется на элементарные пазовые потоки. Каждый такой элементарный поток-слой охлаждающего воздуха, пройдя аксиально прямолинейную часть 7 лопасти 6, ее отгибом 9 отклоняется на 90° в сторону статора. Этим создается зона интенсивного локального обдува внутренней рабочей поверхности статора, ограниченная по длине ротора шагом длины лопастей 6. Аксиально непрерывное последовательное расположение указанных зон обусловливает столь же непрерывное по длине магнитопровода 1 ротора интенсивное охлаждение внутренней поверхности статора по расточке и, главное, магнитопроводной (активной) части 26 обмотки. При этом возможно так подобрать соотношение геометрических параметров элементов внутрипазовой части направляющего аппарата, что обусловленное таким оптимальным соотношением распределение интенсивности охлаждения указанной части 26 обмотки статора по ее длине обеспечит одинаковую по этой координате температуру.The stream B, axially entering the grooves 4, the blades 6 of the groove part of the guide apparatus installed in them, is radially layer-separated into elementary groove flows. Each such elementary flow-layer of cooling air, having passed the axially rectilinear part 7 of the blade 6, with its limb 9 deviates 90 ° towards the stator. This creates a zone of intense local blowing of the inner working surface of the stator, limited by the length of the rotor by the pitch of the blades 6. The axially continuous sequential arrangement of these zones determines the same continuous cooling along the length of the magnetic circuit of 1 rotor along the bore of the stator and, most important, magnetically conductive (active)
Потоки А и Б при выходе на торец ротора 11 соединяются и, повернутые козырьками-отражателями 10 на 90° в сторону статора, создают поток интенсивного радиального обдува лобовых частей 25 обмотки статора.The flows A and B at the exit to the end face of the rotor 11 are connected and, turned by the visor-reflectors 10 through 90 ° towards the stator, create a stream of intense radial blowing of the frontal parts 25 of the stator winding.
Поток В (фиг.2 и 3), создаваемый системой радиальных желобов 12 входной стороны ротора 8, охлаждает, подобно выходной части объединенного потока А+Б, соответствующую лобовую часть обмотки статора 24. Количество воздуха, подаваемого этими потоками на лобовые части 24 и 25 обмотки статора, по конструктивным соображениям приблизительно одинаково. Однако эти потоки теплотехнически неравноценны: лобовая часть 24 обдувается холодным воздухом, лобовая часть 25 - воздухом с подогревом теплом, снятым с магнитопроводной части статора и (в сравнительно небольшом количестве) с магнитопровода 1 ротора. При таких условиях температура лобовой части 25 будет всегда выше температуры лобовой части 24. Поэтому для достижения одинакового теплового состояния лобовых частей 24 и 25 последняя дополнительно обдувается звездообразной системой радиальных потоков, создаваемых входным потоком Г (фиг.2 и 3) после прохода по аксиальным каналам 15 в теле ротора и - после поворота на 90° в сторону статора - по радиальным желобам 17 выходной стороны ротора 11 (фиг.2 и 4).The stream B (FIGS. 2 and 3) created by the
Лобовые части 24 и 25 обмотки статора синхронных электрических машин в общем случае конструктивно неодинаковы. Количество выделяемого в них тепла различно. Неодинаковы и аэродинамические условия теплоотвода.The frontal parts 24 and 25 of the stator winding of synchronous electric machines are generally structurally different. The amount of heat released in them is different. The aerodynamic conditions of heat removal are not identical.
Поток Г несложными конструктивными мерами можно сделать таким, что создаваемый им дополнительный радиальный поток охлаждающего воздуха на лобовые части обмотки 25 в сочетании с суммарной подачей туда воздуха потоками А и Б (см. выше) образует теплоотвод от лобовых частей 25, обеспечивающий их температуру равной температуре лобовых частей 24.The flow D with simple structural measures can be such that the additional radial flow of cooling air created by it to the frontal parts of the winding 25 in combination with the total air supply to it by flows A and B (see above) forms a heat sink from the frontal parts 25, ensuring their temperature is equal to the temperature frontal parts 24.
Приведенное доказательство возможности обеспечения с помощью направляющего аппарата предлагаемого ротора реактивной синхронной электрической машины одинаковой температуры лобовых частей 24 и 25 обмотки статора на сторонах входа 8 и выхода 11 воздуха, охлаждающего машину, не накладывает никаких технических ограничений на абсолютное значение этой температуры. Следовательно, она может быть, в частности, такой же, как и обеспечиваемая пазовой частью направляющего аппарата одинаковая температура всей магнитопроводной части 26 обмотки статора. Но это значит, что обеспечивается одинаковая температура всей обмотки. Тем самым решается первая, главная, часть задачи изобретения.The above evidence of the possibility of ensuring, with the help of the guide apparatus of the proposed rotor of a reactive synchronous electric machine, of the same temperature of the frontal parts 24 and 25 of the stator winding on the sides of the inlet 8 and outlet 11 of the air cooling the machine does not impose any technical restrictions on the absolute value of this temperature. Therefore, it can be, in particular, the same as the same temperature provided by the groove part of the guide apparatus of the entire magnetically conducting
Охлаждение обмотки статора на всем ее осевом протяжении - магнитопроводной зоны 26 и обеих лобовых частей 24 и 25 - выполняется с помощью направляющего аппарата предлагаемого ротора в виде аксиально непрерывной системы звездообразно расходящихся радиальных потоков охлаждающего воздуха. Во всех элементах указанной системы радиальный обдув обмотки осуществляется с использованием квазистатического напора от действия центробежных сил, что дополняет действие статического напора внешнего продува. Этими мерами значительно усиливается (сравнение с традиционными системами осевой продувки охлаждающего воздуха) теплоотвод от обмотки. Тем самым решается вторая часть задачи изобретения.The cooling of the stator winding along its entire axial extent — the
Описанный принцип работы предлагаемой системы ротора реактивной синхронной электрической машины с осевой продувкой охлаждающего воздуха содержит в себе возможность практической реализации иных, дополнительных к указанным ранее основным, полезных конструктивных исполнений деталей системы, свойств и особенностей работы. Наиболее существенные из них:The described principle of operation of the proposed rotor system of a reactive synchronous electric machine with axial cooling air blowing contains the possibility of practical implementation of other, additional to the basic, indicated above, useful design versions of the system parts, properties and operation features. The most significant of them:
а) радиальный обдув лобовых частей обмотки статора 24 и 25, создаваемый направляющим аппаратом ротора, делает целесообразным выполнение их радиально продуваемым, что резко увеличивает теплоотвод от них;a) the radial airflow of the frontal parts of the stator windings 24 and 25, created by the rotor guide apparatus, makes it expedient to radially purge them, which sharply increases the heat removal from them;
б) этому способствует и радиальный выход потоков охлаждающего воздуха, отработавшего на лобовых частях обмотки статора, напрямую через соответствующие отверстия 27 и 28 в корпусе машины 29 (фиг.1), благодаря наименьшему при этом аэродинамическому сопротивлению выхода. Однако выходное отверстие 27 находится во входной (по воздуху) полости машины с избыточным (при нагнетательной общей системе продувки) по сравнению с окружающей средой давлением. Поэтому в указанные отверстия 27 пойдет не только радиальный поток воздуха, пришедшего сюда из направляющего аппарата ротора, но и поток холодного воздуха непосредственно из входной полости машины. Он будет дополнительно охлаждать лобовые части обмотки статора 24, усиливая различие "естественных" (т.е. без учета оптимизирующего действия направляющего аппарата) аэродинамического и теплотехнического состояний входной 24 и выходной 25 лобовых частей и - как главное следствие этого - неравенство их температур. По результатам исследования этого явления может оказаться более целесообразной схема без отверстия 27, с проходом соответствующего потока воздуха по аксиальному каналу 30 на периферии магнитопровода статора 31 (фиг.2) и последующим выходом наружу через отверстия 28. Снижение в этом случае качества машины по радиальному габариту (см. выше критику прототипа) при его компоновочной допустимости в условиях системы электропривода может быть, в частности, продиктовано необходимостью интенсивного охлаждения магнитопровода статора 31 из-за повышенных по какой-либо причине потерь в нем. Возможны и другие схемы организации выхода из машины отработавшего воздуха, соответствующие общему принципу работы предлагаемой рациональной системы охлаждения обмотки статора с использованием направляющего аппарата ротора, например без отверстий 28, напрямую через выходную полость машины;b) this is facilitated by the radial exit of the flows of cooling air spent on the frontal parts of the stator winding directly through the corresponding
в) ценными полезными свойствами предлагаемого устройства ротора с установленным на нем направляющим аппаратом являются:c) valuable useful properties of the proposed rotor device with a guide apparatus mounted on it are:
- реверсивность (все характеристики системы от направления вращения машины не зависят);- reversibility (all system characteristics do not depend on the direction of rotation of the machine);
- способность одинаково теплотехнически эффективно работать как в обычных нагнетательных, так и в вытяжных системах общей продувки машины;- the ability to work equally thermotechnically both in conventional discharge and exhaust systems for general purging of the machine;
- работоспособность в режиме самовентиляции, что обеспечивает сохранение ограниченной работоспособности привода при полном отказе внешней системы охлаждения;- operability in the self-ventilation mode, which ensures the preservation of the limited operability of the drive with a complete failure of the external cooling system;
- возможность равноэффективного применения в автосинхронных реактивных электрических машинах бегущего поля с электронной коммутацией - вентильных реактивных.- the possibility of equally effective use in autosynchronous reactive electric machines of a traveling field with electronic switching - valve reactive.
Раскрытие в описании изобретения особенности конструкции, принципа работы и характеристик предлагаемого устройства ротора реактивной синхронной электрической машины с направляющим аппаратом определяют возможность и полезность его широкого применения. В частности, реверсивность и применимость в вентильных реактивных машинах делают целесообразным его использование в системах тягового электропривода. Эта область обширна. Как показывают исследования, рациональное применение в ней вентильных реактивных тяговых двигателей - лучших из бесколлекторных электрических машин для этой области электропривода - может быть очень эффективным.Disclosure in the description of the invention design features, the principle of operation and characteristics of the proposed device rotor of a reactive synchronous electric machine with a guide apparatus determine the possibility and usefulness of its widespread use. In particular, the reversibility and applicability in valve jet machines make it advisable to use it in traction electric drive systems. This area is vast. Studies show that the rational use of valve jet traction motors in it - the best of brushless electric machines for this area of electric drive - can be very effective.
Claims (5)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2005100321/28A RU2283524C1 (en) | 2005-01-11 | 2005-01-11 | Reluctance electrical machine rotor |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2005100321/28A RU2283524C1 (en) | 2005-01-11 | 2005-01-11 | Reluctance electrical machine rotor |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2005100321A RU2005100321A (en) | 2006-06-20 |
| RU2283524C1 true RU2283524C1 (en) | 2006-09-10 |
Family
ID=36713791
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2005100321/28A RU2283524C1 (en) | 2005-01-11 | 2005-01-11 | Reluctance electrical machine rotor |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2283524C1 (en) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2657861C1 (en) * | 2014-10-13 | 2018-06-18 | Битцер Кюльмашиненбау Гмбх | Compressor |
| RU184734U1 (en) * | 2018-08-07 | 2018-11-07 | Публичное акционерное общество "Машиностроительный завод имени М.И. Калинина, г. Екатеринбург" | Asynchronous traction motor |
| RU203150U1 (en) * | 2020-12-30 | 2021-03-24 | Общество с ограниченной ответственностью "Тяговые Компоненты" | ASYNCHRONOUS TRACTION MOTOR ROTOR SHAFT BUSHING |
-
2005
- 2005-01-11 RU RU2005100321/28A patent/RU2283524C1/en not_active IP Right Cessation
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Щербаков В.Г. и др. Результаты разработки и описание конструкции тягового индукторного электродвигателя НТИ-350: Сб. Электровозостроение, т.43, Новочеркасск, 2001, с.62-67, рис.1. * |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2657861C1 (en) * | 2014-10-13 | 2018-06-18 | Битцер Кюльмашиненбау Гмбх | Compressor |
| RU184734U1 (en) * | 2018-08-07 | 2018-11-07 | Публичное акционерное общество "Машиностроительный завод имени М.И. Калинина, г. Екатеринбург" | Asynchronous traction motor |
| RU203150U1 (en) * | 2020-12-30 | 2021-03-24 | Общество с ограниченной ответственностью "Тяговые Компоненты" | ASYNCHRONOUS TRACTION MOTOR ROTOR SHAFT BUSHING |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2005100321A (en) | 2006-06-20 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| WO2018103307A1 (en) | Motor rotor support frame and motor | |
| US7514827B2 (en) | Self-cooled rotor for an electrical machine | |
| US3610975A (en) | Dynamoelectric machine with improved cooling means | |
| JP2019129576A (en) | Rotary electric machine and rotor of the same | |
| CN111969767A (en) | Motor cooling system and motor | |
| JP2015192474A (en) | Rotary electric machine device | |
| EP4016813A1 (en) | Electric motor with a cooling device | |
| RU2283524C1 (en) | Reluctance electrical machine rotor | |
| Wu et al. | Temperature field analysis of mine flameproof outer rotor permanent magnet synchronous motor with different cooling schemes | |
| Geng et al. | Rotor air-friction loss and thermal analysis of IPM rotors for high speed axial-flux machine | |
| CA2399604C (en) | Wake reduction structure for enhancing cavity flow in generator rotor endwindings | |
| US12107485B2 (en) | Permanent magnet motor with air and water mixed cooling system | |
| Ding et al. | Investigation of the self-cooling characteristics of a novel flux-switching permanent magnet machine | |
| CN218387139U (en) | Motor and heat dissipation device thereof | |
| CN114123614B (en) | Inner rotor motor integrated with cooling structure | |
| CN218489914U (en) | Aircraft and rotating device thereof | |
| US6870299B1 (en) | Thermal management of rotor endwinding coils | |
| JP2017184529A (en) | Rotary electric machine | |
| Zhang et al. | Thermal Design of Air-Cooled YASA AFPM Motor with Heat Pipes | |
| JP4640681B2 (en) | Rotating electric machine | |
| RU2379813C1 (en) | Turbo generator with gas cooling system | |
| RU2233533C2 (en) | Double-section dc inductor generator | |
| CN118677174B (en) | Forced air cooling outer rotor axial flux motor | |
| JP2016086602A (en) | Rotary electric machine | |
| JP7082957B2 (en) | Rotor cooling structure and turbine generator |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20070112 |