EA001410B1

EA001410B1 - Удлиненный электрический двигатель

Info

Publication number: EA001410B1
Application number: EA199900399A
Authority: EA
Inventors: Йёрген Халлундбек
Original assignee: ВЕЛЛТЕК АпС
Priority date: 1996-11-22
Filing date: 1997-11-21
Publication date: 2001-02-26
Also published as: BR9713386A; EA199900399A1; CA2272587A1; HK1024113A1; AU718449B2; WO1998024166A1; NO320783B1; CN1071506C; EP0939999B1; DE69704634T2; US6225719B1; PT939999E; NO992438L; DK172561B1; CN1240541A; CA2272587C; ATE200719T1; DK133896A; DE69704634D1; AU5048598A

Abstract

В удлиненном двигателе ротор (2) разделен на секции, по меньшей мере, одним подшипником (4) с малым трением, установленным между секциями и на каждом из концов удлиненного двигателя (1), причем статор набран в виде непрерывного пакета вне внутренних подшипников (4) с использованием тонких металлических пластин в областях, окружающих подшипники (4), и тонких пластин (10) из магнитного металла между подшипниками (4). Удлиненный электрический двигатель для использования, главным образом, в подводных аппаратах должен иметь высокий КПД и механическую устойчивость, его сборка должна осуществляться быстро и с низкими затратами, а обслуживание и ремонт такого двигателя должны быть несложными. Для этого каждая отдельная пластина в несущей опоре (5) подшипника, которая значительно толще, чем обычные статорные пластины (10), выполнена из парамагнитного металла с хорошей теплопроводностью, внутренний диаметр каждой пластины в опоре (5) подшипника меньше, чем внутренний диаметр обычной статорной пластины (10), подшипник (4) вставлен в несущую опору (5) и удерживается там за счет плотной посадки, причем внутренний диаметр подшипника (4) обеспечивает плотную посадку подшипника на оси ротора, а пазы статорных обмоток во всех металлических пластинах (5, 10) открыты в радиальном направлении в сторону ротора.

Description

Настоящее изобретение относится к удлиненному электрическому двигателю, в котором ротор разделен на секции, по меньшей мере, одним подшипником с малым трением, установленным между секциями и на каждом из концов двигателя, а статор набран в виде непрерывного пакета вне внутренних подшипников с использованием тонких пластин из магнитного или немагнитного металла в областях, окружающих подшипники, и тонких пластин из магнитного металла между подшипниками.

Такой удлиненный электрический двигатель известен из патента И8 № 2251816, в котором описаны подшипники, установленные в канавке на роторе и состоящие из опорных колец, которые могут быть разделены на два опорных полукольца, удерживаемых на месте шпонками в виде двойного ласточкина хвоста. Такие кольца для уменьшения трения могут содержать во внутренней канавке роликовый подшипник. Изготовление и установка таких подшипников сложны, отнимают много времени и, следовательно, являются дорогостоящими. Кроме того, поскольку опорные кольца поддерживаются непосредственно статором, теплопередача зависит от статора.

В другом типе удлиненного электрического двигателя, описанного в И8 № 3136905 и ΌΕ В № 885279, статор разделен на секции опорными частями, являющимися намного более толстыми, чем отдельная пластина статора, но обмотки статора разделены опорными частями и не проходят от одного конца удлиненного электрического двигателя до другого. Кроме того, в патенте И8 № 3136905 опоры не являются подшипниками с малым трением. Сборка таких двигателей также является сложной, а сами двигатели характеризуются малой надежностью из-за сложности изготовления обмоток статора. Кроме того, эта конструкция имеет низкий КПД, поскольку магнитный поток рассеивается в относительно больших зазорах в обмотках статора.

Кроме того, в патенте И8 № 3136905 описан удлиненный электрический двигатель, в котором опоры непосредственно образованы пакетами пластин, расположенными между секциями. Таким образом, эти пластины выполнены из материала, который не слишком подходит для формирования подшипника с неконтролируемым трением. Подшипник, изготовленный из материала, который можно считать слоистым, при относительно большом трении создает поверхность с неравномерным износом, таким образом формируя абразивный рисунок на вращающейся оси. Величина трения, приводящего к увеличению температуры, зависит от теплопередачи в подшипниках. Высокая теплопередача не может быть достигнута, когда подшипники набраны из таких сложенных в пакет пластин, поскольку теплопроводность железа (Ее) составляет только 72,8 Дж/(м-с-К).

В патенте И8 № 5128573 описан другой удлиненный электрический двигатель с множеством секций, в котором опора ротора и узел втулки установлены между всеми секциями ротора, причем каждая опора содержит неподвижную шпонку, устанавливаемую в продольные промежутки, являющиеся частью секции статора, для предотвращения вращения подшипника в процессе эксплуатации. Поскольку необходима фиксированная шпонка, такой подшипник очевидно не является подшипником с малым трением.

В патенте И8 № 4638198 описан еще один удлиненный электрический двигатель с множеством секций, в котором нижний конец верхней роторной секции каждой пары последовательных роторных секций может быть закреплен на выступе роторного вала, например кольце, установленном в кольцевой канавке на валу ротора, и в котором, кроме того, небольшое углубление на конце роторного канала фиксирует кольцо на месте. Хотя в этом известном устройстве имеется выступ для поддержки нижнего конца секции, этот выступ не может считаться подшипником с малым трением. Кроме того, этот выступ зафиксирован на месте с помощью небольшого углубления на конце роторного канала, которое не уменьшает трения.

И наконец, в патенте И8 № 4453099 описан удлиненный электрический двигатель с множеством секций, в котором подшипник представляет собой узел, содержащий втулку, которая закреплена шпонкой на валу, а также содержащий внутреннюю часть, в которой втулка установлена с возможностью вращения, и фланец с периферийной частью, которая соединяется со статором посредством трения для предотвращения вращения.

Недостатками известных двигателей является то, что продевание статорных обмоток через весь пакет статоров невозможно или весьма затруднительно. Это требует очень больших затрат времени и является дорогостоящей операцией, поэтому существует значительная потребность в средствах для сокращения затрат при намотке статорной обмотки в удлиненном электрическом двигателе. Кроме того, известные устройства сильно зависят от трения в том смысле, что трение в подшипниках не регулируется, а КПД относительно низок вследствие большого магнитного зазора между ротором и статором, что необходимо для предотвращения механических повреждений, когда магнитный момент велик. И наконец, затраты на производство и обслуживание высоки. Трение может привести к нагреванию и преждевременному износу подшипников и, следовательно, ведет к затратам энергии и материалов.

Поэтому целью настоящего изобретения является создание удлиненного электрического двигателя с высоким КПД, который, обладая механической устойчивостью, при эффективном охлаждении подшипников, может быть собран быстро и с малыми затратами и который легко обслуживать и ремонтировать.

Согласно изобретению, эта цель достигается тем, что каждая отдельная пластина в опоре подшипника значительно толще, чем обычные пластины статора, и выполнена из парамагнитного металла с хорошей теплопроводностью, внутренний диаметр каждой пластины в опоре подшипника меньше, чем диаметр обычных статорных пластин, подшипник вставлен в опору подшипника и удерживается там за счет плотной посадки, по внутреннему диаметру подшипник плотно посажен на ось ротора, а пазы для статорных обмоток во всех металлических пластинах открыты в радиальном направлении в сторону ротора.

В предпочтительном варианте выполнения изобретения подшипники являются шарикоподшипниками, упорными шарикоподшипниками и/или радиальными шарикоподшипниками, таким образом обеспечивая наименьшее возможное трение при использовании двигателя в горизонтальном или в вертикальном положении. Кроме того, согласно изобретению, имеется возможность объединения упорных и радиальных шарикоподшипников в одном двигателе, в результате чего достигается универсальность применения двигателя. Кроме того, можно использовать роликоподшипник.

Согласно изобретению, в удлиненном двигателе, в котором намотку обмоток выполняют относительно быстро и без больших затрат, каждый паз образует нишу для каждой обмотки и каждый провод обмотки имеет некруглое поперечное сечение. Благодаря этому обмотку можно пропускать через отверстия в роторе или подшипниках, а затем укладывать в пазы. Некруглое поперечное сечение при этом обеспечивает заполнение обмотками большей части пустого пространства в нишах, тем самым обеспечивая создание в роторе большого магнитного потока. Ротор может быть любого подходящего типа.

Другие предпочтительные варианты выполнения изобретения приведены в формуле изобретения. Ниже изобретение будет рассмотрено на конкретном примере со ссылками на сопровождающие чертежи, где на фиг. 1 показано продольное сечение, проходящее вдоль оси двигателя и средств, которые он приводит в движение;

на фиг. 2 - продольное сечение статора; на фиг. 3 - продольное сечение ротора;

на фиг. 4 - вид опоры статора с торца двигателя;

на фиг. 5 - поперечное сечение опоры статора по линии У-У, изображенной на фиг. 4;

на фиг. 6 изображен один торец ротора, и на фиг. 7 изображено сечение ротора, показанного на фиг. 6.

На фиг. 1 показано сечение вдоль оси удлиненного двигателя 1 и средств, приводимых им в движение, причем длина удлиненного двигателя велика по сравнению с его диаметром. В обычных двигателях длина и диаметр двигателя приблизительно имеют соотношение менее 1:1, тогда как в удлиненном двигателе это отношение может быть 5:1. В удлиненном двигателе, показанном на фиг. 1 , это отношение составляет приблизительно 10:1. Такие двигатели очень трудно защитить от воздействия поперечных сил и перемещений и поэтому используют дополнительные подшипники, которые таким образом разделяют ротор на секции.

При таком разделении на секции подшипники между секциями ранее формировались из обычных пластин статора или из немагнитных пластин и имели сложную форму, чтобы удлиненный двигатель можно было использовать в вертикальном положении. Примеры таких двигателей приведены в начале описания.

На фиг. 1 видно, что ротор 2 поддерживается подшипниками 4, закрепленными в опорах 5, каждая из которых значительно толще, чем обычные статорные пластины в статоре 3. В опорах подшипников показаны открытые в радиальном направлении пазы 6, посредством которых облегчается намотка статорных обмоток до установки подшипника.

Опоры подшипников выполнены из парамагнитного металла, например алюминия или меди. Изменение магнитного потока вызывает нагревание опор из-за возникновения вихревых токов. Вследствие этого медь является предпочтительным материалом для изготовления опор подшипников, поскольку ее удельная теплопроводность составляет 401Дж/(м-с-К), тогда как удельная теплопроводность алюминия составляет 237Дж/(м-с-К). Однако оба металла обладают достаточно высокой теплопроводностью.

На фиг. 2 отдельно показан статор с опорами 5 подшипников. Поскольку из-за штамповки пластины статора могут изменяться по толщине, они сгруппированы по 1 0 пластин, причем каждая группа повернута относительно предыдущей группы 10 на 90°. Таким образом, статор будет почти прямым по всей длине, лишь с небольшими отклонениями от прямой линии. С другой стороны, это гарантирует, что ротор может вращаться очень близко от статора без вхождения в физический контакт с ним и, таким образом, ротору будет передаваться оптимальный магнитный поток.

На фиг. 3 показан ротор с подшипниками, установленными между секциями ротора. Ротор может быть любого типа, например асинхронным ротором или ротором с постоянным магнитом, причем в последнем случае необходимы средства управления. Обмотки асинхронного ротора отмечены позицией 20.

На фиг. 4 показан вид опоры 5 подшипника с торца удлиненного двигателя. Пазы 6 открыты в радиальном направлении в сторону ротора. Ширина паза вдоль радиуса непостоянна. От узкого отверстия, открытого в сторону ротора, ширина паза увеличивается с глубиной, формируя нишу для каждой обмотки статора. Таким образом, магнитные ярма 7 имеют более или менее постоянную толщину в направлении радиуса. В этой конструкции подшипник плотно посажен посередине между ярмами 7 и может удерживаться там благодаря жесткой конструкции опоры 5 подшипника. Как сказано выше, в качестве материала для опоры подшипника могут быть использованы как медь, так и алюминий, что обеспечивает отвод выделяемого тепла через опору 5 подшипника.

Claims

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Удлиненный электрический двигатель, содержащий ротор (2), разделенный на секции, по меньшей мере, одним подшипником (4), установленным между секциями, а также подшипники, установленные на каждом из концов ротора (2), причем статор выполнен в виде непрерывного пакета из тонких металлических пластин, образующих опоры (5) подшипников, в областях вокруг подшипников (4) и тонких пластин (10) из магнитного металла между подшипниками (4), отличающийся тем, что каждая отдельная пластина в опоре (5) подшипника значительно толще, чем статорная пластина (1 0) между подшипниками, и выполнена из парамагнитного металла с высокой теплопроводностью, внутренний диаметр каждой пластины в опоре (5) подшипника меньше, чем внутренний диаметр статорной пластины (10) между подшипниками, и разделяющий подшипник (4) вставлен в указанную опору (5).
2. Удлиненный электрический двигатель по п.1, отличающийся тем, что подшипники (4) являются шарикоподшипниками.
3. Удлиненный электрический двигатель по п.1, отличающийся тем, что подшипники (4) являются упорными и/или радиальными шарикоподшипниками.
4. Удлиненный электрический двигатель по п.1, отличающийся тем, что подшипники (4) являются роликоподшипниками.
5. Удлиненный электрический двигатель по любому из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что жилы в обмотке имеют некруглое поперечное сечение.
6. Удлиненный электрический двигатель по любому из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что пазы для статорных обмоток во всех металлических пластинах (5, 1 0) открыты в радиальном направлении в сторону ротора.