Ротор коллекторной электрической машины

951570 Союз СоветскихСоцмапистмческмхРесттубттик ОП ИСАНИЕИЗОБРЕТЕН ИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(22)Заявлено 08,07,80 (2) 2952551/24-07 с присоелинением заявки И Н 02 К 9/20 1 ооударстааиный комитетСССР ио делам изооретеиий и открытий(72) Авторы изобретения Всесоюзный научно-исспедоватепьский проектноконструкторский и технологический институт эпектровозостроецтся(54) РОТОР КОЦЛЕКТОРНОЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ МАШИНЫ 1Изобретение относится к эпектромашиностроению и может найти применение вконструкции 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 немобмоткой, и торцовые эпементы охпаждаемые при помощи тепловых трубокТакая конструкция ротора не обеспечи-,вает исключение температурных напряжений, обусловленных разницей в температуре торцовых элементов,15Наибопее бпизким техническим решением к предлагаемому явпяется конструкция ротора коппекторной эпектрическоймашины, имекшая сердечник с распопоженной на нем обмоткой и коплектор, содержащие акснапьные канапы дпя движения охпаждающсй среды. Охпаждение этойконструкции ротора осуществляется пу гемпродувания охлаждающего воздуха через 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 температурного3 95157расширения меди и стали отличаются более, чем в 1,5 разя).Цепь изобретения - снижение величины температурных няпряжеций в коллекторе и повьпцение мощности электрической машины,Поставленная цель достигается тем,что в конструкции ротора, имеющей сердечник с расположенной ня нем обмоткойи коллектор, содержащие аксиальцые ка=налы для движения охлаждающей среди,р о тор с на бже ц теп ловы ми тру бками, х о -подные участки которых закреплены цаповерхности корпуса коллектора, в горячие участки расположены в сердечникевдоль обмотки.При этом участки длины тепловых трубок на коллекторе и в сердечнике размещены параллельно ипи под углом к осиротора на разном радиусе от оси, Предпочтительным является рязмешение участков тепловых трубок под углом от 5 до60 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 металлическихколлекторных пластин 3, корпусной изоляции 4 и металлического корпуса 5 с акЗОсиальными каналами 6, Комплект коплекторных пластин 3 электрически соединенс обмоткой 2 сердечника 1, содержащегоаксиапьные каналы 7, Сердечник 1 с обмоткой 2 и корпус 5 коллектора размещены ца общем валу 8, Ротор снабжентепловыми трубками 9, длина которыхсоответствует длине ротора, размешенцыми 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 участокдлины каждой тепловой трубки (ВС) расположен в сердечнике вдоль его обмотки.Тепловые трубки, коцичество и размеры которых определяют тепловым расчетом электрической машины, закладываютв сердечник при сборке ротора и закрепляют, например, путем сварки, Впя этого, 0чтобы разместить участки тепловых трубок в сердечнике, в нем изготавливаютотверстия размер и расположение которых определены размером и расположением этого участка длины тепловых трубок, ЫПосле установки собранного коллекторана вал ротора холодные участки дпццытепловых трубок закрепляют на повсрхцос 0 ф.ти корпуса коллектора, например, путем сварки.Охлаждение сердечника с обмоткой и передачи тепла к корпусу коллектора происходит зя счет изменения агрегатного состояния теплоносителя в тепловых трубках. Тепло, выдепяюшееся ца рабочей поверхности пластин коллектора и в проводниках обмотки, нагревает эти элементы конструкции и передается путем теппопропроводпости к корпусу коллектора и сердечцику. В связи с большой толщиной корпусной изоляции 4 коллектора, рассчитанной на полное рабочее напряжение машины (свыше 1000 Б) и низким коэффициентом ее теппоцроводцости (0,002 Бтсм оС), температура корпуса 5 коллектора всегда ниже, чем комплекта коллектор - 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 коллектораТак 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, расположенные на меньшем радиусе от оси. На холодном участке длины тепловых трубок происходит конденсация газообразной фазы теплоносителя и передача тепла более холодному корпусу. коллектора. Образующаяся на холодцом 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 ГБ 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- Б 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 ет повысить допустимую нагрузку машины и ее мощность без увепичения габаритов (почти на 20%),Технико-экономическая эффективность предлагаемой конструкции ротора заключается в следующем: без увепичения габаритных размеров машины повышается ее мощность (для машины мощности 1000 кВт примерно на 15-20%); снижается вепичина температурных напряжений в коплекторе (почти на 20%); повышается интен - сивость отвода теппа от обмотки и сердечника ротора.6и з о б р е т е н и я. Форму ла Источники информациипринятые во внимание при экспертизе 1. Патент Чехословакии М 158096,кл. 21 д 56/01, 1974,2. Находкин М, Д. Проектирование тяговых электрических машин, М 1976,с. 527. Ротор коплекторной электрической машины, содержащий сердечник с обмоткой и аксиапьными каналами и коллектор, имеюний корпус и аксиальные каналы, о тл и ч а ю щ и й с я тем, что, с цепью улучшения эксппуатационных характеристик 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.Составитепь Л. Карцеваедактор А. 11 олинич Техред Ж.Кастелевич Корректор РМ, Ша ошиЗаказ 5967/69 Тираж 721 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5 филиал ППП "Патент", г, Ужгород, ул; Проектная, 4