CZ2007415A3

CZ2007415A3 - Elektromotor s rotacním pláštem pro prumyslové a modelárské aplikace

Info

Publication number: CZ2007415A3
Application number: CZ20070415A
Authority: CZ
Inventors: Rozehnal@Dalibor; Überall@Roman
Original assignee: Rozehnal@Dalibor; Überall@Roman
Priority date: 2007-06-19
Filing date: 2007-06-19
Publication date: 2009-04-01
Also published as: ES2600149T3; CZ300265B6; EP2006981A2; EP2006981A3; EP2006981B1

Abstract

Elektromotor je na svém rotacním plášti, a to na kroužku magnetu (1) v oblasti mezi magnety (2), a/nebo v jeho zadním cele (3) a/nebo jeho predním cele (4), vybaven systémem výstupních chladicích kanálu (5) a soucasne je vybaven alespon jedním vstupem (6) chladicí tekutiny.

Description

Elektromotor s rotačním pláštěm pro průmyslové a modelářské aplikace

Oblast techniky

07-4/5

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

Dosavadní stav techniky

Současné řešení elektromotoru 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 kombinacemi 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 elektromotoru.

Pro zlepšení vnitrního 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 radě 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 vynálezu

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

Jedno z výhodných provedení elektromotoru podle vynálezu je dále charakteristické tím, že střední nosná část elektromotoru (statická) je opatřena alespoň jedním vstupem chladicí tekutiny, na néj 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^nebo je rozdělena vnitřní přepážkou.

Dále je výhodné, jestliže blok statorových plechů je opatřen systémem průchozích kanálů, které jsou propojeny s kanály ve střední nosné částic ' ’ , . / ‘ ⁵ • - « · \ _y . 7 ' - ^{: :} . :x,

Každá základní i rozvinutá varianta řešení podle právě uvedených výhodných provedení vynálezu může být přitom doplněna některým z konstrukčních prvků poskytujících další výhodná provedení: elektromotor může být například vybaven zadním úchytným prvkem a/nebo předním úchytným prvkem, na přední čelo (rotačního pláště) může být připevněn unašeč vrtule, na vstup (statické části) je možno připojit zdroj tlakové chladicí tekutiny.

Hlavní výhoda elektromotoru s rotačním pláštěm podle vynálezu je dána tím, že na vnitrní 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 vynálezu umožňuje výrazně snížit provozní teplotu uvnitř elektromotoru, a to jak na vinutí, statorových pleších, tak i na magnetech a ložiscích. Přitom elektromotor sestává z jinak běžných součástí a k dosažení chladicího účinku v podstatě nepotřebuje žádné přídavné zařízení. Řešení podle vynálezu umožňuje u elektromotoru dosahovat při dodržení daných mezních teplotních limitů jeho jednotlivých částí většího výkonu.

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

I

Výhodné dále je, že kromě samovolného chlazení vzduchem je možno elektromotor podle vynálezu 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 chladicí tekutinou. Jedná se o chlazení těchto částí tj. statorových plechů pod vinutím, přední i zadní částí vinutí i vnitřní strany magnetů. Intenzita protékání chladicí 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 vynálezu z aplikačního hlediska 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 vynálezu 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 chladicí tekutinou.

Uvedené řešení vnitřního chlazení podle vynálezu 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 vynálezu jsou znázorněny na přiložených výkresech, kde znaíá|£#’^»^,&«^t/

- obr. 1 - elektromotor s dutinou ve střední nosné Části - osový řez,

- obr. 2 - elektromotor s dutinou a přepážkou ve střední nosné části - osový řez,

- obr. 3 - elektromotor s plnou střední nosnou částí a vnitřním chlazením statorových plechů

- obr. 4 - elektromotor s vstupy chladicí tekutiny přímo do meziprostoru mezi statickými a rotujícími částmi - osový řez.

>

Příklady provedení vynálezu

Přikladl

Na obr. 1 je schématicky znázorněn elektromotor, který je na jednotlivých částech rotačního pláště - 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 _T zde vzduchu, vytvořeným ve střední nosné části 2 elektromotoru. Střední nosná část 7 je dále vybavena dutinou 8 a průchody 9 chladící tekutiny do meziprostorů 10 nacházejícího se mezi statickými částmi elektromotoru a částmi rotačního pláště otočně uloženého prostřednictvím ložisek Π. na střední nosné části 7. Dutina 8 je průchozí a na střední nosné části 2 je upevněn zadní úchytný prvek T7. Z přední strany pak je na předním čele 4 rotačního pláště uchycen unašeč 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 meziprostorů 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 chladící 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, samovolné zahřívaným při práci motoru a v důsledku vyvolaného proudění chladicího vzduchu nyní souběžně ochlazovaným. To se děje bez nutnosti připojit jakýkoliv přídavný chladicí systém, který by znamenal zvýšení hmotnosti, nákladů, energetické náročnosti. Z toho vyplývá vysoká efektivnost systému chlazení elektromotoru podle vynálezu. 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 - na kroužku 2 magnetů 2, na zadním čele 3 a na předním čele 4 vybaven výstupními chladicími kanály 5, a současné 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 fó. Střední nosná část 7 je dále vybavena dutinou 8 a průchody 9 chladicí tekutiny do meziprostoru jO nacházejícího se mezi statickými částmi elektromotoru a částmi rotačního pláště otočně uloženého prostřednictvím ložisek J_l na střední nosné části 7. Dutina 8 je vybavena přepážkou 12 a na střední nosné části 7 je upevněn zadní úchytný prvek 1_7 a přední úchytný prvek

J_8. 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 I 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 13 a vinutí j_6, i k jednotlivým pohybujícím se částem rotačního pláště, samovolné 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. 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. Střední nosná část 7 je dále vybavena dutinou 8 a průchody 9 chladicí tekutiny. Na střední nosné části 7 jsou nepohyblivě upevněny statorové plechy E3 s vinutím jó a průchozími kanály J_4. Části rotačního pláště jsou otočně uloženy prostřednictvím ložisek H_ na střední nosné části 7. Na střední nosné části 7 je upevněn zadní úchytný prvek 17. Z přední strany pak je na předním čele 4 rotačního pláště uchycen unašeč 19 vrtule,

Při spuštění elektromotoru a otáčení rotačního pláště začne vznikat podtlak, který nasává

I vzduch přes průchozí kanály N a na ně navazující průchody 9 a postupně i z dutiny 8 a vstupu 6 chladicí tekutiny. Tak je vyvoláno kontinuální proudění vzduchu vnitrními 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 kjednotlivým 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 - 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 _Π na střední nosné části 7.

Při spuštění elektromotoru a otáčení rotačního pláště začne ve výstupních chladicích kanálech v oblasti kroužku 1 magnetů 2 a zadního čela 3 vznikat podtlak, který nasává vzduch přes vstupy chladicí tekutiny. Tak je vyvoláno kontinuální proudění vzduchu vnitřními částmi elektromotoru směrem od střední nosné části 7, která je statická, kjednotlivým 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 vynálezu je možno využít 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. Vnitřní chlazení

I elektromotoru podle vynálezu lze plně uplatnit i při použití elektromotoru s rotačním pláštěm v inverzním - generátorickém režimu práce.

Claims

PATENTOVÉ NÁROKY

1. Elektromotor s rotačním pláštěm pro průmyslové a modelářské aplikace, vyznačující se t í m. že na svém rotačním plášti, a to na kroužku magnetů (1) 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 t í m, 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 blok statorových plechů (13) je opatřen systémem průchozích kanálů (14).
5. Elektromotor s rotačním pláštěm pro průmyslové a modelářské aplikace podle nároku lad, vy značující se t í m, 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 t í m, že na střední 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 t í m, že je 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 t í m, že na přední čelo (4) je připevněn unašeč (19) vrtule.
9. Elektromotor s rotačním pláštěm pro průmyslové a modelářské aplikace podle nároku 1, vyznačující se t í m, že na vstup (6) je připojen zdroj tlakové chladicí tekutiny.