ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ МАШИНА, ЗАПОЛНЕННАЯ ЖИДКОСТЬЮ

ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ МАШИНА, ЗАПОЛНЕННАЯ ЖИДКОСТЬЮ


RU (11) 2249898 (13) C2

(51) 7 H02K9/20, H02K9/19 

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

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

Документ: В формате PDF 
(21) Заявка: 2002126814/09 
(22) Дата подачи заявки: 2002.10.09 
(30) Приоритетные данные: a20010883 2001.10.23 BY 
(24) Дата начала отсчета срока действия патента: 2002.10.09 
(43) Дата публикации заявки: 2004.06.20 
(45) Опубликовано: 2005.04.10 
(56) Список документов, цитированных в отчете о поиске: SU 1555765 А1, 07.04.1990. SU 983909 А, 23.12.1982. SU 1236583 А, 04.10.1984. SU 1317565 А, 15.06.1987. US 3217193 А, 09.11.1965. 
(72) Автор(ы): Елисеев Александр Викторович (BY) 
(73) Патентообладатель(и): Елисеев Александр Викторович (BY) 
Адрес для переписки: 220033, г.Минск, а/я 94, Т.Н. Дунай 

(54) ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ МАШИНА, ЗАПОЛНЕННАЯ ЖИДКОСТЬЮ

Изобретение относится к области электротехники и касается выполнения электрических машин, заполненных жидкостью, преимущественно асинхронных двигателей, и может быть использована в электроприводе систем с большой продолжительностью пусковых нагрузок при работе на низких оборотах, например в тренажерной технике. Предложенная электрическая машина может неограниченно долго работать в рабочей зоне с максимальными нагрузками, поскольку нагрев обмотки статора, возникающий при увеличении силы тока, компенсируется за счет того, что согласно изобретению в качестве жидкости, заполняющей герметичную камеру 1 с размещенными в ней статором с обмоткой 3 и ротором 4 электрической машины использована диэлектрическая жидкость 2, например масло. При этом на торцевой 5 и цилиндрической 6 поверхностях корпуса статора 3 выполнены сквозные отверстия 7, через которые забирается холодная диэлектрическая жидкость 2 и выбрасывается центробежными силами нагретая. Между герметичной камерой 1 и корпусом статора 3 дополнительно размещен замкнутый с напорным насосом 14 и радиатором 15 трубопровод 8 с циркулирующим в нем хладагентом. Технический результат - повышение мощности и момента электрической машины, то есть обеспечение ее работы на малых оборотах с большой продолжительностью и частым повторением пусковых нагрузок, близких к максимальным, путем эффективности охлаждения активно нагревающихся элементов электрической машины. 4 з.п. ф-лы, 7 ил.






ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ


Изобретение относится к электромашиностроению, а именно к конструкции электрических двигателей, и может быть использовано в электроприводе с большой продолжительностью пусковых нагрузок при работе на низких оборотах с частыми пусками и остановками, например для привода тренажерной и стендовой техники.

Известна электрическая машина с жидкостным охлаждением, содержащая статор с обмоткой, ротор и напорный насос, установленный на валу ротора /А.С. СССР №1236583, Н 02 К 9/19, от 04.10.84, оп. бюл. №21.

В известной конструкции охлаждение происходит за счет перепада давления хладагента вдоль зазора между статором и ротором, что позволяет прокачивать через зазор большое количество охлаждающей жидкости (хладагента).

Известное устройство сложно в изготовлении, нетехнологично и требует больших затрат на его изготовление.

Известна герметичная электрическая машина с корпусом, заполненным охлаждающей жидкостью, содержащая статор, ротор, защитную гильзу, установленную между статором и ротором, напорный насос, обеспечивающий циркуляцию охлаждающей жидкости через полую ось ротора в трубопроводе, образующем замкнутый контур с радиатором /А.С. СССР №983909, Н 02 К 9/19, от 18.01.80, oп. бюл. №47/.

Недостатком известной машины является сложность обеспечения герметичности жидкости во вращающихся деталях и их недолговечность. Поскольку площадь циркуляции хладагента ограничена, охлаждения обмотки статора недостаточно для работы двигателя в сложных условиях при частых пусках, на низких оборотах.

Наиболее близким к предложенному является устройство, направленное на увеличение мощности для обеспечения работы электрической машины в определенном интервале оборотов путем повышения эффективности охлаждения. Известная электрическая машина, заполненная жидкостью, содержащая статор с обмоткой, ротор, напорный насос, теплообменник, выполненный в виде герметичной камеры с размещенным в нем корпусом статора с отверстиями на его торцовых поверхностях /А.С. СССР №1555765, Н 02 К 9/19, от 04.01.88, oп. бюл. №13/ - прототип.

Недостатком изобретения является его конструктивная сложность, например, обеспечение герметичности во вращающихся деталях подшипниковых узлов, не только сложно в изготовлении, но и недолговечно в эксплуатации, так как,как правило, требует частой смены сальников.

Кроме того, в известной конструкции площадь герметичной камеры, а значит, и площадь теплоотдачи ограничена, циркуляция хладагента осуществляется в малом замкнутом пространстве, что не дает высокой эффективности охлаждения, достаточной для работы в сложных условиях не только низких оборотов, но и с большой продолжительностью пусковых нагрузок. 

Задачей изобретения является расширение технологических возможностей, а именно обеспечение работы электрической машины на малых оборотах, с большой продолжительностью и частым повторением пусковых нагрузок, близких к максимальным, путем повышения эффективности охлаждения активно нагревающихся элементов.

Поставленная задача достигается тем, что в известной электрической машине, заполненной жидкостью, содержащей статор с обмоткой, с отверстиями на его торцевых поверхностях, ротор, напорный насос, теплообменник, выполненный в виде герметичной камеры с размещенным в ней корпусом статора, в качестве жидкости, заполняющей машину, применена диэлектрическая жидкость, а теплообменник дополнительно снабжен замкнутым с напорным насосом и радиатором трубопроводом с циркулирующим в нем хладагентом, размещенным между корпусом статора и герметичной камерой, при этом отверстия выполнены по всей поверхности корпуса статора. 

Часть трубопровода, образующая замкнутый контур с напорным насосом и радиатором, расположена за пределами герметичной камеры. 

Часть трубопровода выполнена в виде змеевика, огибающего корпус статора.

При этом циркуляция хладагента направлена в верхнюю часть герметичной камеры.

В качестве диэлектрической жидкости, заполняющей машину, применено масло.

Установка статора с обмоткой и ротора электрической машины в герметичной камере, заполненной техническим маслом, обеспечивает эффективное охлаждение всей поверхности статора как снаружи корпуса, так и изнутри, благодаря наличию в нем сквозных отверстий, выполненных по всей его поверхности. При этом масло, являясь диэлектрическим материалом, обеспечивает безопасность эксплуатации машины.

Трубопровод, выполненный в виде змеевика с циркулирующим в нем хладагентом, благодаря большой охлаждающей площади эффективно охлаждает находящееся между камерой и корпусом статора масло. 

В отверстия, расположенные на торцевой поверхности корпуса статора, происходит забор охлажденного масла, поскольку ротор по отношению к торцевой поверхности работает как заборный механизм. При этом центробежные силы, возникающие при вращении ротора, отбрасывают охлажденное масло на внутреннюю цилиндрическую поверхность статора, что обеспечивает отбор тепла от обмотки и приводит к эффективному ее охлаждению.

Нагретое на обмотке масло с учетом свойства конвекции, проходя через отверстия, выполненные на цилиндрической поверхности корпуса статора, поднимается в верхнюю часть герметичной камеры, где происходит его эффективное охлаждение циркулирующим в трубопроводе хладагентом, поступающим в верхнюю часть герметичной камеры из радиатора.

Вынесение привода и радиатора, обеспечивающих циркуляцию и эффективное охлаждение хладагента, за пределы герметичной камеры позволяет увеличить площадь циркуляции до требуемых размеров и решить поставленную задачу наиболее простым способом и с наименьшими затратами.

Расположение отверстий по всему корпусу статора позволяет производить эффективное охлаждение как внутри наиболее нагревающихся элементов - обмотки статора, так и снаружи.

Таким образом, предложенное изобретение благодаря эффективному интенсивному охлаждению позволяет достаточно увеличить мощность и момент электрической машины для использования ее при работе на низких оборотах с большой продолжительностью пусковых нагрузок.

Предложенное изобретение поясняется чертежами.

На фиг.1 представлена электрическая машина, заполненная жидкостью;

На фиг.2 - вид сбоку на фиг.1;

На фиг.3 - разрез А-А на фиг 2;

На фиг.4 - электрическая машина с замкнутым контуром трубопровода с приводом напорного насоса и радиатором;

На фиг.5 - радиатор с вентилятором; 

На фиг.6 - вид сбоку на фиг.5;

На фиг.7 - график показателей работы электрической машины, заполненной жидкостью, выполненной согласно предложенного изобретения.

Электрическая машина содержит герметичную камеру 1, заполненную жидким диэлектрическим маслом 2, статор 3 с обмоткой и ротор 4 (см. фиг.1-3). В корпусе статора на его торцевой 5 и цилиндрической 6 поверхностях выполнены сквозные отверстия 7. Между герметичной камерой 1 и корпусом статора 3 размещен трубопровод 8, выполненный в форме змеевика, огибающего корпус 3.

На верхней стенке герметичной камеры 1 расположены: дренажная трубка 9, электропровод питания 10 и заливная горловина 11. Сквозь боковую стенку герметичной камеры 1, выполненную разборной, проходит трубопровод 8. Места соединений уплотнены герметичным материалом 12.

Трубопровод 8 с циркулирующим в нем хладагентом 13 (см. фиг.4), огибая корпус статора 3, выходит за пределы герметичной камеры 1 и образует замкнутый контур с установленным на верхней трубе трубопровода 8 напорным насосом 14 и радиатором 15.

Перед боковой стенкой радиатора 15 установлен вентилятор 16 с приводным электродвигателем 17, а на верхней стенке расположена заливная горловина 18.

Герметичная камера 1 и радиатор 15 снабжены расширительными бочками 19, 20. (фиг.5, 6).

Устройство работает следующим образом.

Предварительно в герметичную камеру 1 заливают техническое масло через горловину 11, а в радиатор 15 через горловину 18 - хладагент, например воду (не показано).

При пуске асинхронных двигателей, к которым относится электрическая машина, выполненная согласно изобретению, пусковой ток в обмотке статора возрастает в 5-7 раз по сравнению с номинальным. При продолжительной работе на таком режиме происходит сильный перегрев обмоток и выход из строя двигателя.

В предложенной конструкции насос 14 подает охлажденную воду 13 из радиатора 15 в верхнюю часть герметичной камеры 1. Циркуляция холодной воды 13 обозначена прямолинейными стрелками. Охлажденное масло 2 засасывается в отверстия 7, выполненные в торцевой поверхности 5, при этом центробежные силы отбрасывают охлажденное масла 2 в радиальном направлении на обмотки статора 3, через отверстия 7, выполненные на цилиндрической поверхности 6, в герметичную камеру 1 выбрасывается уже нагретое масло 2. Движение нагретых частиц показано дуговыми стрелками.

На фиг.7 на графике приведены рабочие характеристики электрической машины, а именно асинхронного двигателя: крутящих моментов М и токов I в зависимости от мощности Р, где:

PЗ1 - рабочая зона типового асинхронного электродвигателя;

PЗ2 - рабочая зона асинхронного электродвигателя, выполненного согласно приведенной полезной модели;

РЗ макс - рабочая зона с максимальными характеристиками.

На графике наглядно показано, что при применении предложенного изобретения рабочая зона асинхронного двигателя РЗ1 увеличивается до РЗ2, при этом Iном стремится к Iмакс. Из этого следует, что предложенная электрическая машина может неограниченно долго работать в РЗмакс ., так как нагрев обмотки статора, возникающий при увеличении силы тока I, компенсируются предложенной в изобретении системой охлаждения.

Поскольку момент М и мощность Р двигателя являются функциями от силы тока I с квадратичной зависимостью:

M=f(I) 2 и P=f(I)2,

это означает, что при интенсивном охлаждении асинхронного двигателя можно поддерживать максимальное значение полезного момента М и полезной мощности Р двигателя, что имеет широкое практическое применение в приводах различных систем. Таким образом, предложенная конструкция позволяет эффективно обеспечить охлаждение активно нагреваемых элементов обмотки статора и всей электрической машины в целом и получить требуемые характеристики для эффективной работы преимущественно асинхронных двигателей на малых оборотах ротора и частых пусках, что позволяет использовать асинхронный двигатель на пусковых режимах в течение длительного времени.

Изобретение предлагается использовать в конструкции приводов стендов и тренажеров.




ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ


1. Электрическая машина, заполненная жидкостью, содержащая статор с обмоткой, с отверстиями на его торцевой поверхности, ротор, напорный насос, теплообменник, выполненный в виде герметичной камеры с размещенным в ней корпусом статора, отличающаяся тем, что в качестве жидкости, заполняющей машины, применена диэлектрическая жидкость, а теплообменник дополнительно снабжен замкнутым с напорным насосом и радиатором трубопроводом с циркулирующим в нем хладагентом, размещенным между корпусом статора и герметичной камерой, при этом отверстия выполнены по всей поверхности корпуса статора. 

2. Электрическая машина по п.1, отличающаяся тем, что часть трубопровода, образующая замкнутый контур с напорным насосом и радиатором, расположена за пределами герметичной камеры.

3. Электрическая машина по п.1 или 2, отличающаяся тем, что часть трубопровода выполнена в виде змеевика, огибающего корпус статора.

4. Электрическая машина по одному из пп.1-3, отличающаяся тем, что циркуляция хладагента от радиатора направлена в верхнюю часть герметичной камеры.

5. Электрическая машина по одному из пп.1-4, отличающаяся тем, что в качестве диэлектрической жидкости, заполняющей машины, применено масло.






ПРОЧИТАТЬ НУЖНО ВСЕМ !
Судьба пионерских изобретений и научных разработок, которым нет и не будет аналогов на планете еще лет сорок, разве что у инопланетян



Независимый научно технический портал
Электроника и электротехника




СОВЕРШЕННО БЕСПЛАТНО!
Вам нужна ПОЛНАЯ ВЕРСИЯ данного патента? Сообщите об этом администрации портала. В сообщении обязательно укажите ссылку на данную страницу.


ПОИСК ИНФОРМАЦИИ В БАЗЕ ДАННЫХ


Режим поиска:"и" "или"

Инструкция. Ключевые слова в поле ввода разделяются пробелом или запятой. Регистр не имеет значения.

Режим поиска "И" означает, что будут найдены только те страници, где встречается каждое из ключевых слов. При использовании режима "или" результатом поиска будут все страници, где встречается хотя бы одно ключевое слово.

В любом режиме знак "+" перед ключевым словом означает, что данное ключевое слово должно присутствовать в найденных файлах. Если вы хотите исключить какое-либо слово из поиска, поставьте перед ним знак "-". Например: "+автомобильная -сигнализация".

Поиск выдает все данные, где встречается введенное Вами слово. Например, при запросе "датчик" будут найдены слова "датчик", "датчики" и другие. Восклицательный знак после ключевого слова означает, что будут найдены только слова точно соответствующие запросу ("датчик!").


Металлоискатели и металлодетекторы | Электронные устройства охраны и сигнализации | Электронные устройства систем связи | Приемные и передающие антенны | Электротехнические и радиотехнические контрольно-измерительные приборы и способы электроизмерений | Электронные устройства пуска, управления и защиты электродвигателей постоянного и переменного тока | Электродвигатели постоянного и переменного тока | Магниты и электромагниты | Кабельно-проводниковые и сверхпроводниковые изделия


Рейтинг@Mail.ru