ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ МАШИНА

ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ МАШИНА


RU (11) 2075150 (13) C1

(51) 6 H02K9/20 

(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ 
Статус: по данным на 20.11.2007 - прекратил действие 

--------------------------------------------------------------------------------

(21) Заявка: 93048733/07 
(22) Дата подачи заявки: 1993.10.22 
(45) Опубликовано: 1997.03.10 
(56) Список документов, цитированных в отчете о поиске: Авторское свидетельство СССР № 453521, кл. Н 02 К 9/20. 1987. 
(71) Заявитель(и): Кузнецов Николай Федотович 
(72) Автор(ы): Кузнецов Николай Федотович 
(73) Патентообладатель(и): Кузнецов Николай Федотович 

(54) ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ МАШИНА 

Использование: в мощных электрических машинах. Сущность изобретения: машина содержит в пазах статора 1 тепловые трубы (ТТ) 8; витковую m-фазную обмотку 2. Проводники 3 обмотки 2 выполнены в виде ТТ с внутренними продольными полостями 4, содержащими жидкий теплоноситель. Пазовые и лобовые части проводников 3 является испарителями ТТ. Проводники 3 выведены из мест электрических соединений 5 их лобовых частей далее за пределы витков обмотки в канал 6 с охладителем, являющимся нетокопроводящим агентом, где свободные от изоляции участки 8 проводников 3 образуют конденсаторы ТТ. Благодаря совмещению проводников 3 с ТТ тепло от меди проводников идет не через большое сопротивление их изоляции, а вдоль ТТ проводников. Затем с их участков 8 без изоляции отдается охладителю. Машина имеет при высоком использовании низкие нагревы, увеличенные срок службы, ресурс и надежность работы, улучшенные удельные массогабаритные показатели. 4 з. п. ф-лы, 5 ил. 


ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ



Изобретение относится к электротехнике, к электрическим машинам, охлажденным тепловыми трубами (ТТ).

Известна электрическая машина, содержащая распределенную по пазам статора витковую обмотку, пазовые и лобовые части витков или полувитков которой, составляющие токопроводящую часть обмотки, выполнены из покрытого слоем электроизоляции полого проводника трубопровода с продольным герметичным каналом, содержащим теплоноситель, и образуют испарители ТТ, конденсаторы которых выполнены в виде ребра из диэлектрика, омываемого охладителем. Причем каждый виток присоединен к соседнему в зоне между ребром и токопроводящей частью обмотки.

Отличительными существенными признаками не является то, что каждый виток или полувиток обмотки выполнен составным, по меньшей мере из двух частей, соединенных швом и сообщающихся гидравлически через герметичный внутренний канал теплопередачи с теплоносителем. Одна из частей, токопроводящая и нагревательная, обpазует по меньшей мере полувиток. Другая часть теплорассеивающая, выполнена в виде ребра из диэлектрика, теплопроводность которого значительно меньше теплопроводности проводника, из которого выполнена токопроводящая часть витка или полвитка обмотки. Поэтому и теплопередача ее к охладителю будет значительно снижена, что определяет существенно более низкий по отношению к заявленному решению технический результат: более низкую нагрузочную способность обмотки, ухудшенные массогабаритные показатели, повышенные нагревы, а из-за этого меньше ресурс, срок службы и надежность работы. Кроме того, из-за множества соединительных швов между разнородными материалами токопроводящими и нетокопроводящими частями обмотки в ней трудно обеспечить при длительной эксплуатации герметичность внутренних каналов 5, что также снижает надежность, срок службы и ресурс работы обмотки.

Цель изобретения улучшение удельных массогабаритных показателей машины, снижение нагревов распределенной по пазам статора витковой обмотки, а благодаря этому повышение срока службы, ресурса и надежности работы.

Поставленная цель достигается следующим образом. В известной электрической машине, содержащей распределенную по пазам статора витковую обмотку, пазовые и лобовые части витков или полувитков которой, составляющие токопроводящую часть обмотки, выполнены из покрытого слоем электроизоляции полого проводника-трубопровода с продольным герметичным каналом, содержащим теплоноситель, и образуют испарители ТТ, конденсаторы которых омываются охладителем, вводятся существенные отличия, а именно следующие. Конденсаторы ТТ выполнены в виде продолжения проводников пазовых и лобовых частей обмотки, при этом проводники выведены из мест электрических соединений их лобовых частей далее за пределы витков обмотки в канал машины с охладителем, выполненным нетокопроводящим.

Канал может быть выполнен в корпусе машины, например в виде винтовой или кольцевой проточек снаружи корпуса машины, закрытых кожухом.

Канал выполняется в кольцевом коллекторе из электроизоляционного материала, который расположен у мест электрических соединений лобовых частей проводников обмотки.

Канал может быть образован между корпусом машины и расположенным на нем кожухом вентилятора, колесо которого установлено на роторе машины, или между наружными продольными ребрами корпуса машины.

Благодаря такой совокупности существенных признаков машины тепло, выделяющееся в испарителях ТТ пазовых и лобовых частях проводников распределенной по пазам статора обмотки, переносится паром теплоносителя по внутренним продольным каналам проводников далее мест электрических соединений их лобовых частей за пределы витков обмотки в канал с нетокопроводящим охладителем, где с участков проводников без изоляции, являющихся конденсаторами ТТ, тепло рассеивается в охладитель.

На фиг. 1 изображена продуваемая газом синхронная машина с явнополюсным ротором, имеющая расположенную по пазам статора витковую М-фазную обмотку, выполненная согласно предложению.

На фиг. 2 показан отдельный виток этой обмотки, состоящий из двух соединенных электрически в лобовых частях проводников стержней машины по фиг. 1.

На фиг. 3 изображена закрытая синхронная машина с когтеобразным ротором, имеющая распределенную по пазам статора витковую М-фазную обмотку, выполненная согласно предложению. Причем свободные от изоляции участки проводников этой обмотки, образующие конденсаторы ТТ, выведены в каналы, выполненные в корпусе машины и в кольцевом коллекторе, расположенном у мест электрических соединений лобовых частей проводников.

На фиг. 4 показана асинхронная машина с короткозамкнутой обмоткой на роторе, имеющая распределенную по пазам статора витковую М-фазную обмотку, выполненная согласно предложению. Причем свободные от изоляции участки проводников этой обмотки, образующие конденсаторы ТТ, выведены в канал, образованные между корпусом машины и расположенным на нем кожухом вентилятора, колесо которого установлено на роторе машины, и между наружными продольными ребрами корпуса.

На фиг. 5 показана отдельная катушка обмотки статора машины по фиг. 4.

Продуваемая газом машина (фиг. 1) имеет на статоре 1 распределенную по его пазам витковую М-фазную обмотку 2, отдельные проводники 3 (фиг. 2) которой выполнены в виде ТТ с внутренними продольными герметичными полостями 4, содержащими жидкий теплоноситель. Указанные проводники 3 в своих лобовых частях электрически соединены в местах 5, например пайкой своими наружными поверхностями друг с другом, образуя витки обмотки 2. Так как при работе машины в меди проводников 3 в пределах этих витков протекает токи, вызывающие их нагревы, то пазовые и лобовые части этих проводников будут работать как испарители ТТ.

Из мест 5 соединений проводники 3 в виде продолжения пазовых и лобовых частей обмотки 2 проходят далее за пределы витков обмотки в канал 6 машины с охлаждающим воздухом, где они имеют свободные от изоляции 7 участки 8 с ребрами 9, которые при работе машины являются конденсаторами ТТ. Концы проводников 3, оставшиеся не соединенными электрически между собой в лобовых частях, являются выводами 10 обмотки 2 и отделены от корпуса 11 изоляционными втулками 12. Движение воздуха в канале 6 машины осуществляется посредством колеса 13 вентилятора, установленного на роторе 14. Движение охладителя здесь и на других фигурах показано стрелками.

В закрытой машине (фиг. 3) свободные от изоляции 7 участки 8 проводников 3 распределенной по пазам статора 1 витковой М-фазной обмотки 2, образующие конденсаторы ТТ, находятся в канале 6 корпуса 11 машины, выполненном, например в виде винтовой или кольцевых проточек снаружи корпуса 11, закрытых кожухом 15, и в канале 6 кольцевого коллектора 16, выполненного из электроизоляционного материала, например методом литья из пластмассы, и расположенного у мест 5 электрических соединений лобовых частей проводников 3 обмотки 2. В каналах 6 могут циркулировать как жидкие нетокопроводящие охладители (например, кремнийорганические жидкости, жидкие азот или гелий, керосин, минеральные масла, дистиллированная вода) или их пары, так и газообразные охладители (например, воздух, азот, гелий, смеси газов). Из-за высокой теплоотдачи к жидкому охладителю свободные от изоляции 7 участки 8 проводников 3, являющиеся конденсаторами ТТ, могут выполняться без ребер (фиг. 3).

В закрытой машине (фиг. 4) свободные от изоляции 7 участки 8 проводников 3 катушек (фиг. 5) распределенной по пазам статора 1 витковой М-фазной обмотки 2, образующие конденсаторы ТТ, могут находиться в канале 6, образованном между корпусом 11 и расположенным на нем кожухом 17 вентилятора, колесо 13 которого установлено на роторе 14, и в каналах 6 между наружными продольными ребрами 18 корпуса 11 машины.

Как видно из изложенного, в машине в виде ТТ могут быть выполнены как отдельные проводники 3, составляющие полвитка обмотки 2 (фиг. 2), так и целые витки или многовитковые катушки (фиг. 5) распределенных по пазам статора 1 М-фазных обмоток 2. Причем из мест 5 соединений лобовых частей проводники 3 могут выходить за пределы витков обмотки 2 как по одну сторону статора 1 (фиг. 4), так и по обе его стороны (фиг. 1, 3). Это определяется условиями размещения машины на объекте применения, местом прохождения там охладителя, конструктивными требованиями и др.

Проводники 3 обмотки 2 могут содержать в своих внутренних полостях 4 фитили, пористые структуры разных конструкций или выполняться без них в работать в режиме термосифона. Так в машине (фиг. 4) работа ТТ проводников 3 обмотки 2 статора 1 в режиме термосифона может осуществляться при ориентации оси статора 1 в направлении поля гравитации, когда участки 8 проводников 3, являющихся конденсаторами ТТ, расположены в поле гравитации выше статора 1.

При работе машины тепло от выделившихся потерь мощности в пазовых и лобовых частях отдельных проводников 3 (фиг. 2) или целых витков и многовитковых катушек (фиг. 5) обмотки 2, минуя электроизоляцию 7, поступает непосредственно в паровые каналы 4 проводников 3. Затем по каналам 4 тепло переносится паром теплоносителя вдоль проводников 3 далее мест 5 соединений их лобовых частей за пределы витков обмотки 2, где со свободных от изоляции 7 участков 8 проводников 3 тепло отдается газовому, жидкому или паровому нетокопроводящему охладителю, находящемуся в каналах 6 машины. Так как тепловое сопротивление изоляции на пазовых и лобовых частях проводников 3 на много порядков больше теплового сопротивления самих ТТ проводников 3, то теплопередача от меди через изоляцию практически не происходит. Теплопередача осуществляется вдоль ТТ проводников и благодаря их исключительно высокой теплопроводности существенно снижаются нагревы обмотки. При этом превышение температуры меди обмотки 2 над охладителем будет составлять около 10 - 15oС при газовом охладителе и несколько градусов при жидкостном охладителе, что значительно меньше превышений температуры меди распределенной витковой обмотки известных аналогов. А это позволяет существенно повысить срок службы, ресурс и надежность работы машины. За счет совмещения проводников обмотки с ТТ плотности тока в меди проводников могут достигать десятков ампер на мм2 поперечного их сечения, что позволяет существенно уменьшить сечение проводников обмотки и размеры пазов статора и, соответственно, габариты и массу машины при той же ее мощности. Или при тех же размерах и массе машины значительно увеличить ее мощность.

Наибольший технический эффект изобретение может дать при использовании в машинах большой мощности, например в турбогенераторах, в высокоиспользованных машинах, применяемых на транспортных средствах различного назначения. 


ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ



1. Электрическая машина, содержащая распределенную по пазам статора витковую обмотку, пазовые и лобовые части витков или полувитков которой выполнены из покрытого слоем электроизоляции полого проводника-трубопровода с продольным герметичным каналом, содержащим теплоноситель, и образуют испарители тепловых труб, конденсаторы которых омываются охладителем, отличающаяся тем, что конденсаторы тепловых труб выполнены в виде продолжения проводников пазовых и лобовых частей обмотки без электроизоляции и выведены в канал машины с охладителем, выполненным нетокопроводящим.

2. Машина по п.1, отличающаяся тем, что канал с охладителем выполнен в виде винтовой или кольцевых проточек снаружи корпуса машины, закрытых кожухом.

3. Машина по п.1, отличающаяся тем, что канал с охладителем выполнен в кольцевом коллекторе из электроизоляционного материала, расположенном у мест электрических соединений лобовых частей проводников обмотки.

4. Машина по п.1, отличающаяся тем, что канал с охладителем образован между корпусом машины и расположенным на нем кожухом вентилятора, колесо которого установлено на роторе машины.

5. Машина по п. 1, отличающаяся тем, что канал с охладителем образован между наружными продольными ребрами корпуса машины.