Электрическая машина

(12) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ(71) Заявитель Елисеев Александр Викторович(72) Автор Елисеев Александр Викторович(73) Патентообладатель Елисеев Александр Викторович(57) 1. Электрическая машина, содержащая ротор, статор с обмоткой с отверстиями на торцевой поверхности его корпуса, напорный насос, теплообменник, выполненный в виде заполненной жидкостью герметичной камеры, в которой размещены ротор и статор, отличающаяся тем, что содержит радиатор и образующий замкнутый контур трубопровод с циркулирующим в нем хладагентом, при этом часть трубопровода расположена в герметичной камере и выполнена огибающей корпус статора, а часть - расположена за ее пределами, напорный насос и радиатор установлены на части трубопровода, расположенной за пределами герметичной камеры, отверстия выполнены и на цилиндрической поверхности корпуса статора, а жидкостью, заполняющей герметичную камеру, является диэлектрическая жидкость, например масло. 6555 1 2. Машина по п. 1, отличающаяся тем, что часть трубопровода, расположенная в герметичной камере, выполнена в виде змеевика. 3. Машина по п. 1 или 2, отличающаяся тем, что выполнена с возможностью циркуляции хладагента от радиатора в верхнюю часть герметичной камеры.(56)1555765 1, 1990.2007819 1, 1994.2027281 1, 1995.2042252 1, 1995.2095921 1, 1997.3234297 1, 1984.3528347 1, 1987.3217193 , 1965. 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 СССР 1236583,Н 02 К 9/19 от 04.10.1984, опубл. 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, не технологично 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, образующим замкнутый контур с радиатором (А.с. СССР 983909, Н 02 К 9/19 от 18.01.1980, опубл. бюл.47). Недостатком известной машины является сложность обеспечения герметичности жидкости во вращающихся деталях и их недолговечность. Поскольку площадь циркуляции хладагента ограничена, охлаждения обмотки статора не достаточно 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 04.01.1988, опубл. 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 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 2 6555 1 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 известная электрическая машина, содержащая ротор, статор с обмоткой с отверстиями на торцевой поверхности его корпуса, напорный насос, теплообменник, выполненный в виде заполненной жидкостью герметичной камеры, в которой размещены ротор и статор, содержит радиатор и образующий замкнутый контур трубопровод с циркулирующим в нем хладагентом, при этом часть трубопровода расположена в герметичной камере и выполнена огибающей корпус статора, а часть расположена за ее пределами, напорный насос и радиатор установлены на части трубопровода, расположенной за пределами герметичной камеры, отверстия выполнены и на цилиндрической поверхности корпуса статора, а жидкостью, заполняющей герметичную камеру, является диэлектрическая жидкость, например масло. Часть трубопровода, расположенная в герметичной камере, выполнена в виде змеевика. Электрическая машина выполнена с возможностью циркуляции хладагента от радиатора в верхнюю часть герметичной камеры. 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. Расположение отверстий по всему корпусу статора позволяет производить эффективное охлаждение как внутри наиболее нагревающихся элементов - обмотки статора, так и снаружи. 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. Трубопровод, выполненный в виде змеевика с циркулирующим в нем хладагентом,благодаря большой охлаждающей площади, эффективно охлаждает находящееся между камерой и корпусом статора масло. 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. 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 на фиг. 2 - вид сбоку на фиг. 1 на фиг. 3 - разрез А-А на фиг 2 3 6555 1 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 предложенному изобретению. Электрическая машина содержит теплообменник в виде герметичной камеры 1, заполненной жидким диэлектрическим маслом 2. В герметичной камере 1 размещены статор с обмоткой 3 и ротор 4 (см. фиг. 1-3). В корпусе статора, на его торцевой 5 и цилиндрической 6 поверхностях выполнены сквозные отверстия 7. В герметичной камере 1 размещен трубопровод 8, выполненный в форме змеевика, огибающего корпус статора 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 бачками 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 масло 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 токовв зависимости от мощности Р, где РЗ 1 - рабочая зона типового асинхронного электродвигателя РЗ 2 - рабочая зона асинхронного электродвигателя, выполненного согласно приведенной полезной модели РЗмакс. - рабочая зона с максимальными характеристиками. На графике наглядно показано, что при применении предложенного изобретения рабочая зона асинхронного двигателя РЗ 1 увеличивается до РЗ 2, при этом ном стремится к макс. Из этого следует, что предложенная электрическая машина может неограниченно долго работать в РЗмакс., так как нагрев обмотки статора, возникающий при увеличении силы тока , компенсируется предложенной в изобретении системой охлаждения. Поскольку момент М и мощность Р двигателя являются функциями от силы токас квадратичной зависимостью 2 и 2,4 6555 1 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 предполагается использовать в конструкции приводов стендов и тренажеров. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 6