CZ17789U1 - Elektromotor s rotačním pláštěm pro průmyslové a modelářské aplikace - Google Patents

Description

Elektromotor s rotačním pláštěm pro průmyslové a modelářské aplikace

Oblast techniky

Technické řešení se týká systému vnitřního chlazení elektromotoru s rotačním pláštěm, určeného pro průmyslové a modelářské použití.

Dosavadní stav techniky

Současné řešení elektromotorů s rotačním pláštěm využívá k jejich chlazení různě tvarovaných otvorů válcového i obecného tvaru na předním čele motoru. Vzhledem k tomu, že tyto elektromotory s rotačním pláštěm jsou používány v kombinaci s modelářskými vrtulemi k pohonu leteckých modelů, využívá se u nich k vlastnímu chlazení náporového tlaku od proudícího vzduchu, který protéká přes otvory v předním čele motoru. Toto řešení umožňuje ochlazování svazků vinutí motoru a jeho magnetů na této čelní části motoru, ale pouze při klasickém „tažném“ uspořádání pohonné jednotky tj. elektromotor-vrtule. V případě inverzního „tlačného“ uspořádání pohonné jednotky je účinnost tohoto způsobu chlazení nedostatečná. V průmyslových aplikacích, kde se používá elektromotor s rotačním pláštěm bez vrtule a náporového tlaku tekutiny, je pak současný stav vnitřního chlazení zcela neúčinný. Provoz těchto zařízení vyžaduje realizovat chlazení externím způsobem nebo se spokojit s nižším výkonem těchto elektromotorů.

Pro zlepšení vnitřního chlazení elektromotoru s rotačním pláštěm se běžně používá konstrukčního řešení, kdy je do elektromotoru integrován ventilátor s radiálním oběžným kolem, které při své rotaci způsobuje intenzivnější rozvíření přitékající chladicí tekutiny do oblasti přední části motoru. Uvedeným konstrukčním řešením lze na elektromotoru s rotačním pláštěm dosáhnout určitého chladícího účinku, ale toto řešení přináší nárůst hmotnosti, zvýšení ceny zařízení, konstrukční složitosti s dopadem na spolehlivost a životnost a v neposlední řadě také nutnost zvýšení příkonu elektromotoru vzhledem k pohonu začleněného ventilátoru.

Současné konstrukční řešení na elektromotorech s rotačním pláštěm navíc neumožňuje dostatečné chlazení vinutí na opačné - zadní straně elektromotoru a v oblasti upevnění magnetů.

Podstata technického řešení

Výše uvedené nedostatky související s chlazením u elektromotorů s rotačním pláštěm, které jsou používány v průmyslových a modelářských aplikacích, do značné míry odstraňuje předložené technické řešení. Podstata elektromotoru s rotačním pláštěm podle tohoto technického řešení spočívá v tom, že na svém rotačním plášti, a to na kroužku magnetů v oblasti mezi magnety, a/nebo v jeho zadním čele a/nebo jeho předním čele, je vybaven systémem výstupních chladicích kanálů, a že tento elektromotor je současně vybaven alespoň jedním vstupem chladicí tekutiny.

Jedno z výhodných provedení elektromotoru podle technického řešení je dále charakteristické tím, že statická střední nosná část elektromotoru je opatřena alespoň jedním vstupem chladicí tekutiny, na něj navazující dutinou a dále průchodem chladicí tekutiny do meziprostoru nacházejícího se mezi částmi rotačního pláště a statickými částmi elektromotoru, přičemž rotační plášť je otočně uložen prostřednictvím alespoň jednoho ložiska na střední nosné části. Dutina je buď průchozí neboje rozdělena vnitřní přepážkou.

Dále je výhodné, jestliže blok statorových plechů je opatřen systémem průchozích kanálů, které jsou propojeny s kanály ve střední nosné části. Na střední nosné části může být upevněn blok statorových plechů s vinutím a nejméně jedním ložiskem.

Každá základní i rozvinutá varianta technického řešení podle pravě uvedených výhodných provedení může být přitom doplněna některým z konstrukčních prvků poskytujících další výhodná provedení, tedy elektromotor může být například vybaven zadním úchytným prvkem a/nebo předním úchytným prvkem, přičemž na přední čelo rotačního pláště může být připevněn unášeč

- 1 CZ 17789 Ul vrtule a na vstup chladicí tekutiny ve statické části je možno připojit zdroj tlakové chladicí tekutiny.

Hlavní výhoda elektromotoru s rotačním pláštěm podle tohoto technického řešení je dána tím, že na vnitřní straně kroužku magnetů a/nebo na vnitřní straně předního čela rotujícího pláště a/nebo na vnitřní straně zadního čela rotujícího pláště a současně na obvodu rotujícího pláště elektromotoru je vytvořen integrovaný systém tvarových kanálů, který vytváří při provozu elektromotoru podtlak uvnitř elektromotoru, čímž se dosahuje samovolného kontinuálního nasávání a odvodu, tedy proudění chladicí tekutiny, většinou vzduchu, uvnitř elektromotoru. Tak dochází k intenzivnímu chlazení přední části vinutí, zadní části vinutí, svazku statorových plechů, jakož i vlastních magnetů. Chlazení elektromotoru s rotačním pláštěm podle tohoto technického řešení umožňuje výrazně snížit provozní teplotu uvnitř elektromotoru, a to jak na vinutí a statorových plechách, tak i na magnetech a ložiskách. Přitom elektromotor sestává z jinak běžných součástí a k dosažení chladicího účinku v podstatě nepotřebuje žádné přídavné zařízení. Toto technické řešení umožňuje u elektromotoru dosahovat při dodržení daných mezních teplotních limitů jeho jednotlivých částí většího výkonu.

Vstup chladicí tekutiny, nejčastěji vzduchu, do elektromotoru je vytvořen podle potřeby tlakového spádu buď ve statických středových částech elektromotoru a/nebo v přilehlých částech rotačního pláště aje tvořen otvorem nebo systémem otvorů, zde umístěných, na něž pak navazuje kanál nebo systém kanálů zakončený výstupními kanály.

Výhodné dále je, že kromě samovolného chlazení vzduchem je možno elektromotor podle tohoto technického řešení napojit i na externí zdroj chladicí tlakové tekutiny, nejčastěji opět vzduchu, a tím zvýšit intenzitu přestupu tepla, tepelný tok, mezi vnitřními pevnými částmi elektromotoru, vnitřními částmi rotujícího pláště a chladící tekutinou. Jedná se o chlazení těchto částí: statorových plechů pod vinutím, přední i zadní částí vinutí i vnitřní strany magnetů. Intenzita protékání chladící tekutiny vnitřními částmi elektromotoru s rotačním pláštěm je závislá na třecích ztrátách v jeho kanálech a otáčkách elektromotoru. Napojením přívodu vzduchu do elektromotoru na externí zdroj chladicí tekutiny lze nuceným protékáním chladivá jeho vnitřními částmi vhodně regulovat odvod tepla tak, aby odpovídal požadavkům na provoz zařízení.

Výhodou elektromotoru s rotačním pláštěm podle tohoto technického řešení z aplikačního hle30 diska je především skutečnost, že chlazení umožňuje dostatečně intenzívní odvod tepla z jeho vnitřních částí, a to při jeho použití jak v modelářských aplikacích s vrtulemi v tažném i tlačném uspořádání, tak i v dalších průmyslových aplikacích bez vrtule, například s řemenicemi nebo s přímým náhonem na poháněnou součást.

Chlazení elektromotoru s rotačním pláštěm podle tohoto technického řešení umožňuje vytvářet při jeho provozu přetlak i podtlak v navazujících i předřazených zařízeních. Tím lze aktivně ovlivňovat intenzitu chlazení prouděním chladící tekutiny v těchto zařízeních s cílem zvýšit intenzitu přestupu tepla, chladicí účinek, mezi zdrojem tepla a protékající chladící tekutinou.

Uvedené technické řešení vnitřního chlazení lze plně uplatnit i při použití elektromotoru s rotačním pláštěm v inverzním generátorickém režimu práce.

Přehled obrázků na výkresech

Příklady konkrétního provedení elektromotoru s rotačním pláštěm podle tohoto technického řešení jsou znázorněny na přiložených výkresech, kde značí: obr. 1 osový řez elektromotorem s dutinou ve střední nosné části oso obr. 2 osový řez elektromotorem s dutinou a přepážkou ve střední nosné části obr. 3 elektromotor s plnou střední nosnou částí a vnitřním chlazením statorových plechů a obr. 4 osový řez elektromotorem s vstupy chladicí tekutiny přímo do meziprostoru mezi statickými a rotujícími částmi.

-2 CZ 17789 Ul

Příklady provedení technického řešení

Příklad 1

Na obr. 1 je schématicky znázorněn elektromotor, který je na jednotlivých částech rotačního pláště, tedy na kroužku I magnetů 2, na zadním čele 3 a na předním čele 4, vybaven výstupními chladicími kanály 5 a současně je vybaven vstupem 6 chladicí tekutiny, zde vzduchu, vytvořeným ve střední nosné části 7 elektromotoru. Střední nosná část 7 je dále vybavena dutinou 8 a průchody 9 chladicí tekutiny do meziprostoru 10 nacházejícího se mezi statickými částmi elektromotoru a částmi rotačního pláště otočně uloženého prostřednictvím ložisek 11 na střední nosné části 7. Dutina 8 je průchozí a na střední nosné části 7 je upevněn zadní úchytný prvek 17. Z přední strany pak je na předním čele 4 rotačního pláště uchycen unášeč 19 vrtule.

Při spuštění elektromotoru a otáčení rotačního pláště začne ve výstupních chladicích kanálech 5 v oblasti kroužku i magnetů 2, zadního čela 3 a předního čela 4 vznikat podtlak, který nasává vzduch z meziprostoru 10 a na něj navazujících průchodů 9 a postupně i z dutiny 8 a vstupu 6 chladicí tekutiny. Paralelně je vzduch nasáván i z průchozích kanálů 14 a navazujících kanálů 15 a následně z dutiny 8 a vstupu 6 chladicí tekutiny. Tak je vyvoláno kontinuální proudění vzduchu vnitřními částmi elektromotoru směrem od střední nosné části 7, která je statická, k jednotlivým statickým částem uvnitř elektromotoru a k jednotlivým pohybujícím se částem rotačního pláště, samovolně zahřívaným při práci motoru a v důsledku vyvolaného proudění chladicího vzduchu a nyní souběžně ochlazovaným. To se děje bez nutnosti připojit jakýkoliv přídavný chladicí systém, který by znamenal zvýšení hmotnosti, nákladů a energetické náročnosti. Z toho vyplývá vysoká efektivnost systému chlazení elektromotoru podle tohoto technického řešení. Popsané konkrétné provedení počítá s využitím tohoto elektromotoru především u modelů letadel s inverzním „tlačným uspořádáním pohonné jednotky a modelů, kde je elektromotor např. z důvodů maketovosti umístěn tak, že chlazení náporovým tlakem od proudícího vzduchu není možné neboje nedostatečné.

Příklad 2

Na obr. 2 je schématicky znázorněn elektromotor, který je na jednotlivých částech rotačního pláště, tedy na kroužku 1 magnetů 2, na zadním čele 3 a na předním čele 4, vybaven výstupními chladicími kanály 5 a současně je vybaven vstupy 6 chladicí tekutiny, vytvořenými ve střední nosné části 7 elektromotoru. Na střední nosné části 7 jsou nepohyblivě upevněny statorové plechy 13 s vinutím 16. Střední nosná část 7 je dále vybavena dutinou 8 a průchody 9 chladicí tekutiny do meziprostoru 10 nacházejícího se mezi statickými částmi elektromotoru a částmi rotačního pláště otočně uloženého prostřednictvím ložisek 11 na střední nosné části 7. Dutina 8 je vybavena přepážkou 12 a na střední nosné části 7 je upevněn zadní úchytný prvek 17 a přední úchytný prvek 18. Z přední strany pak je na předním čele 4 rotačního pláště uchycena řemenice 20.

Při spuštění elektromotoru a otáčení rotačního pláště začne ve výstupních chladicích kanálech 5 v oblasti kroužku 1 magnetů 2, zadního čela 3 a předního čela 4 vznikat podtlak, který nasává chladicí tekutinu z meziprostoru 10 a na něj navazujících průchodů 9 a postupně i z dutiny 8 a vstupů 6 chladicí tekutiny. Tak je vyvoláno kontinuální proudění chladicí tekutiny vnitřními částmi elektromotoru směrem od střední nosné části 7, která je statická, k jednotlivým statickým částem uvnitř elektromotoru, tj. statorovým plechům J_3 a vinutí 16, i k jednotlivým pohybujícím se částem rotačního pláště, samovolně zahřívaným při práci motoru a v důsledku vyvolaného proudění chladicí tekutiny nyní souběžně ochlazovaným. Chlazení opět probíhá bez nutnosti připojit jakýkoliv přídavný chladicí systém, pouze s využitím a konstrukční modifikací prvků, které jako takové jsou již na elektromotoru přítomny, tedy s vysokou efektivností a všestrannou výhodností. Provedení elektromotoru s tímto systémem vnitřního chlazení je možno využít v průmyslových aplikacích v motorickém i generátorickém režimu práce, kde chlazení náporovým tlakem od proudícího vzduchu není možné a je požadováno velmi tuhé upevnění elektromotoru. Toho je dosaženo prostřednictvím zadního úchytného prvku 17 a předního úchytného prvku 18.

-3 CZ 17789 Ul

Elektromotor lze napojit na externí zdroj chladicí tekutiny a nuceným protékáním chladivá jeho vnitřními částmi vhodně regulovat odvod tepla tak, aby odpovídal provozním požadavkům zařízení.

Příklad 3

Na obr. 3 je schématicky znázorněn elektromotor s plnou střední nosnou částí 7, který je vybaven vstupem 6 chladicí tekutiny, zde vzduchu, vytvořeným ve střední nosné části 7 elektromotoru, části 7 jsou nepohyblivě upevněny statorové plechy 13 s vinutím 16 a průchozími kanály 14. Části rotačního pláště jsou otočně uloženy prostřednictvím ložisek 11 na střední nosné části 7. Na střední nosné části 7 je upevněn zadní úchytný prvek 17. Z přední strany pak je na předním ío čele 4 rotačního pláště uchycen unášeč 19 vrtule.

Při spuštění elektromotoru a otáčení rotačního pláště začne vznikat podtlak, který nasává vzduch přes průchozí kanály 14 a na ně navazující průchody 9 a postupně i z dutiny 8 a vstupu 6 chladicí tekutiny. Tak je vyvoláno kontinuální proudění vzduchu vnitřními částmi elektromotoru směrem od střední nosné části 7, která je statická, přes průchody 9 a na ně navazující průchozí kanály 14 uvnitř statorových plechů 13 pod vinutím 16 k jednotlivým pohybujícím se částem rotačního pláště, samovolně zahřívaným při práci motoru a v důsledku vyvolaného proudění chladicího vzduchu nyní souběžně ochlazovaným. Systém je opět charakteristický vysokou účinností při relativně nízkých výrobních i provozních nákladech. Toto provedení počítá s využitím především u elektromotorů, které mají velký průměr rotoru. Zde potom průchozí kanály 14 slouží jak pro chlazení, tak představují současně i odlehčení statorových plechů 13.

Příklad 4

Na obr. 4 je schématicky znázorněn elektromotor, který je na jednotlivých částech rotačního pláště, tedy na kroužku 1 magnetů 2 a na zadním čele 3, vybaven výstupními chladicími kanály 5 a současně je vybaven vstupy 6 chladicí tekutiny, zde vzduchu, vytvořenými ve střední nosné části 7 elektromotoru a v zadním čele 3. Části rotačního pláště jsou otočně uloženy prostřednictvím ložisek 11 na střední nosné části 7.

Při spuštění elektromotoru a otáčení rotačního pláště začne ve výstupních chladicích kanálech 5 v oblasti kroužku I magnetů 2 a zadního čela 3 vznikat podtlak, který nasává vzduch přes vstupy 6 chladicí tekutiny. Tak je vyvoláno kontinuální proudění vzduchu vnitřními částmi elektro30 motoru směrem od střední nosné části 7, která je statická, k jednotlivým statickým částem uvnitř elektromotoru a k jednotlivým pohybujícím se částem rotačního pláště, samovolně zahřívaným při práci motoru a v důsledku vyvolaného proudění chladicího vzduchu nyní souběžně ochlazovaným. To se děje opět s vysokou účinností a všestrannou ekonomickou výhodností. Popsané konkrétní provedení elektromotoru je vhodné pro aplikaci u modelů letadel, kde je nutno upevnit elektromotor na zadní stranu motorové přepážky.

Průmyslová využitelnost

Elektromotoru s rotačním pláštěm podle tohoto technického řešení je možno využít jak v modelářských aplikacích s vrtulemi v tažném i tlačném uspořádání, tak i v dalších průmyslových aplikacích bez vrtule, například s řemen nebo s přímým náhonem na poháněnou součást. Vnitřní chlazení elektromotoru podle tohoto technického řešení lze plně uplatnit i při použití elektromotoru s rotačním pláštěm v inverzním generátorickém režimu práce.

Claims (9)

1. Elektromotor s rotačním pláštěm pro průmyslové a modelářské aplikace, vyznačující se tím, že na svém rotačním plášti, a to na kroužku (1) magnetů v oblasti mezi magnety (2), a/nebo v jeho zadním čele (3) a/nebo jeho předním čele (4), je vybaven systémem výstupních chladicích kanálů (5), a že tento elektromotor je současně vybaven alespoň jedním vstupem (6) chladicí tekutiny.

2. Elektromotor s rotačním pláštěm pro průmyslové a modelářské aplikace podle nároku 1, vyznačující se tím, že jeho střední nosná část (7) je opatřena alespoň jedním vstupem (6) chladicí tekutiny, dutinou (8) a průchodem (9) chladicí tekutiny do meziprostoru (10) nacházejícího se mezi částmi rotačního pláště a statickými částmi elektromotoru, přičemž rotační plášť je otočně uložen prostřednictvím alespoň jednoho ložiska (11) na střední nosné části (7).

3. Elektromotor s rotačním pláštěm pro průmyslové a modelářské aplikace podle nároku 1, vyznačující se tím, že dutina (8) je průchozí nebo je rozdělena vnitřní přepážkou (12).

4. Elektromotor s rotačním pláštěm pro průmyslové a modelářské aplikace podle nároku 1, vyznačující se tím, že jeho blok statorových plechů (13) je opatřen systémem průchozích kanálů (14).

5. Elektromotor s rotačním pláštěm pro průmyslové a modelářské aplikace podle nároků 1 a 4, vyznačující se tím, že průchozí kanály (14) jsou propojeny s kanály (15) ve střední nosné části (7).

6. Elektromotor s rotačním pláštěm pro průmyslové a modelářské aplikace podle nároku 1, vyznačující se tím, že na stření nosné části (7) je upevněn blok statorových plechů (13) s vinutím (16) a nejméně jedním ložiskem (11).

7. Elektromotor s rotačním pláštěm pro průmyslové a modelářské aplikace podle nároku 1, vyznačující se tím, že je dále vybaven zadním úchytným prvkem (17) a/nebo předním úchytným prvkem (18).

8. Elektromotor s rotačním pláštěm pro průmyslové a modelářské aplikace podle nároku 1, vyznačující se tím, že na přední čelo (4) je připevněn unášeč (19) vrtule.

9. Elektromotor s rotačním pláštěm pro průmyslové a modelářské aplikace podle nároku 1, vyznačující se tím, že na vstup (6) je připojen zdroj tlakové chladicí tekutiny.