Статор электрической машины с системой охлаждения

Полезная модель относится к области электротехники и может быть использована при создании электрических машин, требующих интенсивное охлаждение статора. Устройство содержит корпус 1, внутри которого сформирована герметизированная полость с циркулирующим внутри нее хладагентом, в которой установлен магнитопровод 2 с обмотками 3. В магнитопровде 2 выполнены аксиальные каналы 4, число которых равно числу зубцов. Для повышения интенсивности охлаждения в полости между корпусом 1 и наружной поверхностью лобовых частей секций обмоток 3 установлен формирователь потока 5 хладагента, плотно прилегающий к наружной поверхности лобовых частей секций обмоток, с образованием канала для прохождения хладагента в соответствующий аксиальный канал 4. Зона размещения центров каналов 4 ограничена снизу радиусом оснований зубцов, а сверху - радиусом, при котором наименьшее расстояние от внутренней поверхности канала до соседнего с зубцом паза менее либо равно ширине зубца в основании. Из-за того, что магнитный поток, огибая канал, задействует часть сечения зубца, необходимое увеличение ярма для сохранения магнитного потока оказывается минимальным. Размещение вентиляционных каналов в зубцовой зоне либо в непосредственной близости от нее позволило повысить эффективность охлаждения обмоток и магнитопровода статора и увеличить надежность работы электрической машины без ухудшения ее масса габаритных показателей, что является техническим результатом полезной модели. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

Полезная модель относится к области электротехники и может быть использована при создании электрических машин с интенсивным охлаждением статора.

Известны электрические машины, работа систем охлаждения статоров которых основана на использовании непосредственного теплоотвода от его наиболее нагревающихся частей с помощью проточного хладагента. Устройством, работающим по данному принципу, является электрическая машина, статор которой содержит корпус, внутри которого сформированы герметизированные полости с размещенными в них магнитопроводом и секциями обмоток (RU 2379813 C1, H02K 9/08, 2006 г.). Недостатком известного технического решения является низкая эффективность теплоотвода от лобовых частей обмоток и магнитопровода, что объясняется недостаточной скоростью обтекающего их хладагента и удаленность области теплообмена от пазовой части обмоток.

Наиболее близким к полезной модели устройством является электрическая машина с системой интенсивного охлаждения статора (Алексеев А.Е. «Конструкции электрических машин» Ленинград, 1958 г., с 44-45). Статор содержит корпус, внутри которого сформированы герметизированные полости, соединенные между собой в единый гидравлический тракт, через который хладагент прокачивают под давлением. В полостях размещены секции лобовых частей обмоток и магнитопровод с вентиляционными аксиальными каналами.

При использовании подобной методики охлаждения элементов статора в высокооборотных электрических машинах, требующих более интенсивного охлаждения его тепловыделяющих элементов, повышение эффективности теплоотвода возможно за счет увеличения числа вентиляционных каналов либо их диаметра. Однако такой путь ограничен допустимым сечением активного железа для прохождения магнитного потока, величину которого можно увеличить лишь за счет увеличения сечения зубцовой зоны либо ярма, что ведет к ухудшению масса габаритных показателей машины.

Техническим результатом, которого можно достичь при осуществлении полезной модели, является повышение эффективности охлаждения элементов статора при сохранении его оптимальных масса габаритных показателей.

Технический результат достигается за счет того, что в статоре электрической машины с системой охлаждения, содержащем корпус, внутри которого сформированы герметизированные полости, предназначенные для принудительной циркуляции нагнетаемого в них хладагента, в полостях размещены секции лобовых частей обмоток и магнитопровод, в котором выполнены аксиальные каналы круглой либо эллипсоидной формы поперечного сечения, зона размещения центров каналов, расположенных вдоль оси каждого из зубцов, ограничена, с одной стороны радиусом оснований зубцов, а с другой - радиусом, при котором наименьшее расстояние от внутренней поверхности канала до соседнего с зубцом паза менее либо равно ширине зубца в основании. Кроме того, в полости между корпусом и наружной поверхностью лобовых частей секций обмоток может быть установлен формирователь потока хладагента, плотно прилегающий к наружной поверхности лобовых частей секций обмоток, с образованием канала для прохождения хладагента в аксиальный канал.

На Фиг.1 представлена конструктивная схема статора.

На Фиг.2 изображен поперечный разрез статора.

Устройство (Фиг.1, 2)) содержит корпус 1, внутри которого сформирована герметизированная полость с циркулирующим внутри нее хладагентом. В полости установлен магнитопровод 2 с обмотками 3. В магнитопровде 2 выполнены аксиальные каналы 4, число которых равно числу зубцов статора. Для повышения интенсивности охлаждения (путем увеличения скорости движения хладагента в вентиляционных каналах) в полости между корпусом 1 и наружной поверхностью лобовых частей секций обмоток 3 установлен формирователь потока 5 хладагента, плотно прилегающий к наружной поверхности лобовых частей секций обмоток, с образованием канала для прохождения хладагента в соответствующий аксиальный канал 4.

Формирователь потока 5 может быть изготовлен из различных (по электрическим и магнитным свойствам) материалов, однако наиболее целесообразно отдать предпочтение немагнитным токонепроводящим материалам, например, пластмассам. Данное обстоятельство объясняется тем, что использование магнитных материалов приводит к увеличению коэффициента магнитного рассеяния лобовых частей обмоток, а токопроводящего - к увеличению потерь на вихревые токи в формирователе. Кроме того, материал формирователя должен быть устойчив к возможному разрушающему воздействию со стороны хладагента.

Устройство работает следующим образом.

При работе электрической машины в полостях корпуса 1 статора циркулирует хладагент. На активной осевой длине статора хладагент движется по каналам внутри магнитопровода, расположенным максимально близко к зубцовой зоне. Размещение каналов, размер и расстояние их до пазов статора (Фиг.2) определяется из условия максимального сохранения магнитного потока в магнитопроводе.

При прямоугольных пазах зубцы, имеющие трапецеидальную форму, позволяют задействовать часть их сечения (в районе наибольшего основания) под вентиляционные каналы. Если сечения зубца недостаточно для размещения канала, то канал, располагается по оси зубца в районе ярма максимально близко к зубцовой зоне.

Экспериментально установлено, что для достижения максимального результата наиболее целесообразно зону размещения центров каналов 4 ограничить, с одной стороны (снизу) радиусом оснований зубцов, а с другой (сверху) - радиусом, при котором наименьшее расстояние от внутренней поверхности канала до соседнего с зубцом паза (К) менее либо равно ширине зубца в основании (В) (Фиг.2).

Из-за того, что магнитный поток, огибая канал, задействует часть сечения зубца, необходимое увеличение ярма для сохранения магнитного потока оказывается минимальным.

Форма каналов может быть различной и выбирается на основании расчета магнитного поля в магнитопроводе. Наиболее целесообразно выполнение каналов - круглой либо эллипсоидной формы поперечного сечения.

Таким образом, размещение вентиляционных каналов в зубцовой зоне либо в непосредственной близости от обмоток позволило повысить эффективность охлаждения обмоток и магнитопровода и увеличить надежность работы электрической машины без ухудшения ее масса габаритных показателей.

Благодаря высокой надежности работы тепловыделяющих элементов статора, обеспечиваемой достаточной эффективностью их охлаждения при оптимальных масса габаритных показателях, полезная модель может быть наиболее предпочтительной при проектировании электрических машин широкого назначения.

1. Статор электрической машины с системой охлаждения, содержащий корпус, внутри которого сформированы герметизированные полости, предназначенные для принудительной циркуляции нагнетаемого в них хладагента, в полостях размещены секции лобовых частей обмоток и магнитопровод, в котором выполнены аксиальные каналы круглой либо эллипсоидной формы поперечного сечения, отличающийся тем, что зона размещения центров каналов, расположенных вдоль оси каждого из зубцов, ограничена, с одной стороны радиусом оснований зубцов, а с другой - радиусом, при котором наименьшее расстояние от внутренней поверхности канала до соседнего с зубцом паза менее либо равно ширине зубца в основании.

2. Статор электрической машины с системой охлаждения по п.1, отличающийся тем, что в полости между корпусом и наружной поверхностью лобовых частей секций обмоток установлен формирователь потока хладагента, плотно прилегающий к наружной поверхности лобовых частей секций обмоток, с образованием канала для прохождения хладагента в аксиальный канал.