Ротор коллекторной электрической машины

< >951570

Союз Советских

Соцмалмстмческмх

Республик

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (6l ) Дополнительное к авт. свил-ву (51)М. К,п. (22) Заявлено 08.07.80 (2 } ) 2 952 55 1/2 4-07 с присоединением заявки И

Н 02 К 9/20

1Ьоударстнанный комитет СССР но аннам нзо4ретеннй и открытий (23) Приоритет

Опубликовано 15 08.82. Бюллетень №30

Дата опубликования описания 15.08.82 (53) УДК 621 313.713 (088.8) A. А. Суровиков, Б, Т. Кпимченков, P. И. Аникии и Э. -A. J1oïãîøååâ (72) Авторы изобретения

1 t

Бсесоюзный научно-исспедоватепьский проектно. конструкторский и технологический институт эпектровозостроеЮя (71) Заявитель (54) РОТОР КОЦЛЕКТОРНОЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ МАШИНЫ

Изобретение относится к эпектромаши ностроению и может найти применение в конструкции роторов (якорей) коппекторных электрических машин бопьшой мощности (свыше 1000 кБт), например транспортных электрических машин.

Известна конструкция ротора электрической машины, вкпючаюшая сердечник (магнитопровод) с расположенной на нем обмоткой, и торцовые эпементы, охпаждаемые при помощи тепловых трубок (1).

Такая конструкция ротора не обеспечи-, вает исключение температурных напряжений, обусловленных разницей в температуре торцовых элементов.

Наибопее бпизким техническим решением к предлагаемому явпяется конструкция ротора коппекторной эпектрической машины, имеющая сердечник с распопоженной на нем обмоткой и коплектор, co- go держащие акснапь»ые канапы дпя движения охпаждающс и среды. Охпажде»ие этой конструкции ротора осуществляется пу гем продувания охчаждаюшего Воздуха пере» аксиапьные каналы коппектора и сердечника от независимого вентипятора 21.

Недостатки этой конструкции ротора заключается в том, что мощность электрической машины ограничена, что обусловлено высокими температурными напряжениями в коллекторе (свыше 20% от напряжений, обусповпенных силами арочного распора), ограничивающими допустимую нагрузку машины, и низкой эффективностью теппоотдачи от середечника с обмоткой к вентипируюшему в аксиапьных каналах воздуху (теппоотдача к воздуху менее эффективна, чем к жидкости); в коллекторе возникают значите пьные температурные напряжения; обусловленные большой разностью температуры меди круговой арки коллектора и стального корпуса (температура меди в продолжительном номинальном режиме отличается от температуры корпуса более чем в 5 раз) и коэффициентов температурного расширения этих элементов конструкции коп- лектора (коэффициенты температурного

3 95157 расширения меди и стали отличаются более, чем в 1,5 разя).

Цепь изобретения — снижение величины температурных напряжений в коллекторе и повышение мощности электрической машины.

Поставленная цель достигается тем, что в конструкции ротора, имеющей сердечник с расположенной на нем обмоткой и коллектор, содержащие аксиапьные ка= налы для движения охлаждающей среша, р о тор с на бже и тел ловы ми тру бками, х о— подные участки которых закреплены HQ поверхности корпуса коллектора, в горячие участки располо>кены в сердечнике вдоль обмотки.

При этом участки длины тепловых трубок на коллекторе и в сердечнике размещены параллельно ипи под углом к оси ротора на разном радиусе от оси. Предпочтительным является размещение участков тепловых трубок под углом от 5 до

60 к оси ротора.

На чертеже изображен ротор предлагаемой конструкции, продольный разрез.

Ротор имеет сердечник 1 с расположенной на нем обмоткой 2 и коллектор, состоящий из комплекта металлических коллекторных пластин 3, корпусной изоляции 4 и металлического корпуса 5 с акЗО сиальными каналами 6. Комплект11 коппекторных пластин 3 электрически соединен с обмоткой 2 сердечника 1, содержащего аксиапьные каналы 7. Сердечник 1 с обмоткой 2 и корпус 5 коллектора размещены на общем валу 8. Ротор снабжен тепловыми трубками 9, длина которых соответствует длине ротора, размещенными симметрично по длине его окружности.

Каждая тепловая трубка имеет заглушенные концы (А, С) и заполнена теплоноси; " телем„Один участок длины каждой тепловой трубки (АВ) закреплен на поверхности корпуса коллектора, а другой участок

AJIHHbI каждой тепловой трубки (ВС) расположен в сердечнике вдоль его обмотки.

Тепловые трубки, количество и размеры которых определяют тепловым расчетом электрической машины, закладывают в сердечник при сборке ротора и закрепляют, например, путем сварки. Дпя этого, о чтобы разместить участки тепловых трубок в сердечнике, в нем изготавливают отверстия, размер и расположение кото

pblx определены размером и расположени ем этого участка длины тепловых трубок.

После установки собранного коллектора на Вал ротора длины тепловых трубок закрепляют на повсрхнос0 ф. ти корпуса коллектора, например, путем сварки.

Охлаждение сердечника с обмоткой и передачи тепла к корпусу коллектора происходит за счет изменения агрегатного состояния теплоносителя в тепловых трубках. Темпо, выдепяюшееся на рабочей поверхности пластин коллектора и в проводпиках обмотки, нагревает эти элементы конструкции и передается путем теппопропроводпости к корпусу коллектора и сердечнику. Б связи с большой толщиной корпусной изоляции 1 коллектора, рассчитанной на полное рабочее напряжение машины (свыше 1.000 Б) и низким коэффициентом ее теппопроводности (0,002 Бт/см C;), температура корпуса 5 коллектора всегда ниже, чем комплекта колпектор— ных пластин 3 (более, чем в 5 раз). Охлаждение корпуса коллектора при вращении путем теплоотдачи с поверхности к воздуху еше более увеличивает разницу в температурах меди круговой арки коллектора и корпуса. Температура проводников обмотки, закрытых изоляцией, всегда выше (почти в 3 раза), чем температура комплекта коллекторных пластин, рабочая поверхность которых открыта для доступа охлаждающего воздуха. Температура сердечника ротора выше (почти в 10 раз) чем температура корпуса коллектора

Так как ротор снабжен тепловыми трубками, то теплоноситель (например вода, ацетон, метанол и другие), заполняющий тепловые трубки, .испаряется на горячем участке длины трубок (ВС). Более тяжелая жидкая фаза теплоносителя под действием центробежных сил перемещается на горячие участки (ВС) длины тепловых трубок, расположенные на большем радиусе от оси ротора (центробежная сила пропорциональна весу, радиусу и квадрату частоты вращения), вытесняя оттуда более легкую газообразную фазу теплоносителя на холодные участки (АВ) длины тепловых трубок, распо ложе н ны е на меньшем радиусе от оси. На холодном участке длины тепловых трубок происходит конденсация газообразной фазы теплоносителя и передача тепла более холодному корпусу. коллектора. Образующаяся íà холодном участке длины тепловых трубок жидкая фаза теплоносителя под действием центробежных сил перемещается на горячий участок длины тепловых трубок, где забирает тепло от сердечника и испаряется. Таким образом происходит непрерывный процесс отвода тепла от сердечника с обмоткой и передача тепла корпусу кол5 .с),1

1 лектора. Температура корпуса коллектора выравнивается с температурой комппекта пластин (может быть и выше температуры ппастин), что ведет к снижению температурных напряжений в коллекторе (воз- можно свести их до нуля). Температура сердечника с обмоткой снижается и выравнивается с температурой эпементов колпектора, что ведет к снижению температурных напряжений в роторе и позвопя- Io ет повысить допустимую нагрузку машины и ее мощность без увепичения габаритов (почти на 20%).

Технико-экономическая эффективность предлагаемой конструкции ротора заключа-15 ется в следующем: без увепичения габаритных х размеров машины повышается ее мощность (для машины мощности 1000 кВт примерно на 15-20%); снижается вепичина температурных напряжений в коплекто-2Î ре (почти на 20%); повышается интен— сивость отвода теппа от обмотки и сердечника ротора. 70

6 и з о б р е т е н и я .

Форму ла

Ротор коплекторной электрической машины, содержащий сердечник с обмоткой и аксиапьными каналами и коллектор, имеющий корпус и аксиальные каналы, о тл и ч а ю шийся тем, что, с цепью улучшения эксппуатационных харяктерис тик путем снижения температурных напряжений, он снабжен тепловыми трубками, одна часть каждой из которых распопожена в сердечнике вдоль обмотки, а другая, оставшаяся — на поверхности корпуса коллектора.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Патент Чехословакии 1 1 158096, кл. 21 d 56/01, 1974.

2. Находкин М. jl. Проектирование тяговых электрических машин, М., 1976, с. 527.

Составитепь Л. Карцева

Редактор А. 1олинич Техред Ж.Кастелевич Корректор ° P

М. Ша оши

Заказ 5967/69 Тираж 721 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул; Проектная, 4