FI99177C

FI99177C - Electric motor with fan and a cooling fan for cooling it

Info

Publication number: FI99177C
Application number: FI945445A
Authority: FI
Inventors: Seppo Varis; Topi Putkonen
Original assignee: Abb Industry Oy
Priority date: 1994-11-18
Filing date: 1994-11-18
Publication date: 1997-10-10
Also published as: FI99177B; FI945445A0; FI945445A

Description

9917799177

Tuulettimella varustettu sähkömoottori, joka käsittää j äähdytystuulettimenAn electric motor with a fan, comprising a cooling fan

Keksinnön kohteena on tuulettimella varustettu säh-5 kömoottori, joka käsittää jäähdytystuulettimen sen jääh dyttämiseksi. Edullisesti keksintö koskee tunnelituuletin-moottoria.The invention relates to an electric motor with a fan, comprising a cooling fan for cooling it. Preferably, the invention relates to a tunnel fan motor.

Tunnelituulettimia käytetään liikennetunneleissa asennettuina tietyn välimatkan päähän toisistaan, joissa 10 niiden tarkoituksena on pitää tunnelin ilmanlaatu riittä vän hyvänä siinäkin tapauksessa, että tunnelissa vallitsee poikkeukselliset olosuhteet. Poikkeuksellisilla olosuhteilla ei tässä yhteydessä tarkoiteta ainoastaan liikenneruuhkaa, joka aiheuttaa paljon pakokaasuja, vaan esimer-15 kiksi - ja tyypillisesti - tilannetta, jossa on tapahtunut liikenneonnettomuus, jonka seurauksesta auto on syttynyt palamaan. On selvää, että palavasta autosta lähtevät kaasut ovat myrkyllisiä, ja ne on poistettava tunnelista, jotta ne eivät aiheuttaisi hengenvaaraa tunnelissa olevil-20 le ihmisille. Lämpötila palavan auton välittömässä lähei syydessä on korkea ja on tärkeää, että tunnelituulettimien ; ·, on toimittava, vaikka ne sijaitsisivat lähellä tulipaloa.Tunnel fans are used in traffic tunnels at a certain distance from each other, where they are intended to keep the air quality of the tunnel sufficiently good, even in the event of exceptional conditions in the tunnel. Exceptional circumstances in this context refer not only to traffic congestion, which causes a lot of exhaust fumes, but, for example - and typically - to a situation in which a traffic accident has occurred which has resulted in a car burning. It is clear that the gases emanating from a burning car are toxic and must be removed from the tunnel so that they do not endanger the lives of 20 people in the tunnel. The temperature in the immediate vicinity of a burning car is high and it is important that the tunnel fans; ·, Must operate even if they are located near a fire.

Tämän johdosta tunnelituulettimen spesifikaatioissa edellytetään tunnelituuletinmoottorin toimivan käyttövarmasti 25 tyypillisesti yhden tunnin ajan tyypillisesti ympäristö- lämpötilassa 250 °C. Tämän jälkeen moottori saa vaurioitua. Esimerkiksi laakereihin ja käämitykseen saa tulla vikoja, m· · ja moottori voidaan tapahtuman jälkeen vaihtaa tai korja ta. Oheistetussa kuviossa 4 käyrä 1 osoittaa erään tunne-30 tun oikosulkumoottorin käämityksen lämpötilan nousun läm pötilasta 125 °C sen jälkeen, kun ympäristön lämpötila on ;·. muuttunut tavanomaisesta arvosta 40 °C äkillisesti arvoon ' "... 250 °C. Laakerin lämpeneminen tapahtuu samalla tavalla läh tien lämpötilasta, joka on tapauksesta riippuen 30 - 60 °C ; 35 pienempi käämityksen lähtölämpötilaan nähden, vrt. katko- 2 99177 viivalla piirretty käyrä 3. Tapaukselle, jossa tunnelissa vallitsee poikkeuksellisen korkeat lämpötilat, on ominaista, että sekä moottorin oma j äähdytystuuletin että myös tunnelituulettimen ympäristössä kulkeva kuuma ilma eivät 5 enää jäähdytä moottoria vaan päinvastoin lämmittävät sitä tehokkaasti. Jotta tunnelituuletin pystyisi toimimaan mainituissa poikkeuksellisissa olosuhteissa riittävän kauan, se on rakennettava kalliiksi käsittäen kalliita rakenneai-neita ja suojaavia lämpöeristyksiä.As a result, the tunnel fan specifications require the tunnel fan motor to operate reliably for typically one hour, typically at an ambient temperature of 250 ° C. After this, the engine may be damaged. For example, the bearings and windings may be defective, m · · and the motor may be replaced or repaired after the event. In the accompanying figure 4, curve 1 shows the temperature rise of the winding of a sensing motor for one hour and 30 hours from a temperature of 125 ° C after the ambient temperature; changed abruptly from the normal value of 40 ° C to the value '' ... 250 ° C. curve 3. The case of exceptionally high temperatures in a tunnel is characterized in that both the engine's own cooling fan and the hot air around the tunnel fan no longer cool the engine but, on the contrary, heat it efficiently. must be built with high cost, including expensive materials and protective thermal insulation.

10 Esillä olevan keksinnön pääasiallisena tarkoitukse na on tarjota käyttöön tuulettimella varustettu sähkömoottori, edullisesti tunnelituuletinmoottori, joka pystyy toimimaan poikkeuksellisissa ja epänormaaleissa olosuhteissa korkeissa lämpötiloissa tavanomaisia tunnelituule-15 tinmoottoreita varmemmin ja pitkäaikaisemmin.The main object of the present invention is to provide an electric motor with a fan, preferably a tunnel fan motor, which is able to operate in exceptional and abnormal conditions at high temperatures more safely and for a longer time than conventional tunnel fan motors.

Tämän toteuttamiseksi keksinnön mukaiselle sähkö-moottorille on tunnusomaista se, mikä on esitetty oheistetun patenttivaatimuksen 1 tunnusmerkkiosassa. Keksinnön suositeltavat suoritusmuodot on esitetty oheistetuissa 20 patenttivaatimuksissa 2-18.To achieve this, the electric motor according to the invention is characterized by what is set forth in the characterizing part of the appended claim 1. Preferred embodiments of the invention are set out in the appended claims 2-18.

Keksintö perustuu oivallukseen katkaista sähkömoottorin jäähdytystuulettimen toiminta kun käyttölämpötila on poikkeuksellisen korkea, jolloin mainittu katkaisu toteutetaan lämpötilan muutoksille reagoivien välineiden 25 avulla, jolloin lisäksi estetään kuuman ilman virtaus säh- ··'· *· kömoottorin kuoren ympärillä järjestämällä sähkömoottorin kuoren ympärille suojaava vaippa, jonka sisäpuolella on • ♦ : ilmavirtauskanava, jonka tulo- ja poistoaukoissa vallitsee moottoria ympäröivän kuuman ilman virtauksen johdosta sama 30 paine, mikä estää kuuman ilman virtauksen mainitussa ilma- virtauskanavassa. Näin sähkömoottorin ympärillä virtaava ;·. kuuma ilma ei kykene tehokkaasti kuumentamaan sähkömootto- ria.The invention is based on the idea of switching off the electric motor cooling fan when the operating temperature is exceptionally high, said switching being carried out by means of temperature-responsive means 25, further preventing the flow of hot air around the electric motor housing by providing a protective jacket around the electric motor housing. is • ♦: an air flow duct, the inlet and outlet openings of which are subject to the same pressure due to the flow of hot air around the engine, which prevents the flow of hot air in said air flow duct. Thus flowing around the electric motor; hot air is not able to heat the electric motor efficiently.

Keksinnön mukaisen tunnelituuletinmoottorin suurin . 35 etu on, että se kuumenee tunnettuja tunnelituuletinmoot- * 3 99177 toreita hitaammin korkeissa ympäröivissä lämpötiloissa, minkä ansiosta se pystyy toimimaan kauemmin korkeissa käyttölämpötiloissa. Tästä huolimatta sen rakenne on varsin yksinkertainen ja sen valmistuskustannukset jäävät 5 alhaisiksi.The largest of the tunnel fan motor according to the invention. The advantage of 35 is that it heats up more slowly at high ambient temperatures than known tunnel fan motors, allowing it to operate longer at high operating temperatures. Despite this, its structure is quite simple and its manufacturing cost remains 5 low.

Seuraavassa keksinnön mukaisen sähkömoottorin rakennetta selitetään seikkaperäisemmin kahden suoritusmuodon avulla viittaamalla oheistettuun piirustukseen, jossa kuviossa 1 sähkömoottori on esitetty osittain leik-10 kauskuvana, kuviossa 2 on esitetty kuvion 1 yksityiskohta, kuviossa 3 on esitetty sähkömoottori jäähdytystuu-lettimen päädystä katsottuna, kuviossa 4 on esitetty erään tunnetun ja keksinnön 15 mukaisen oikosulkumoottorin käämityksen ja laakerin läm- penemiskäyrät ja kuviossa 5 on esitetty keksinnön toinen suoritusmuoto .In the following, the structure of the electric motor according to the invention will be explained in more detail by means of two embodiments with reference to the accompanying drawing, in which Fig. 1 is a partial sectional view, Fig. 2 is a detail of Fig. 1, Fig. 3 is an end view of a cooling fan. heating curves of the winding and bearing of a known short-circuit motor according to the invention 15 and Fig. 5 shows another embodiment of the invention.

Kuviossa 1 esitetty sähkömoottori, joka on tarkoi-20 tettu käytettäväksi tunnelituulettimen voimanlähteenä, kä sittää akselin 1, joka pyörittää tuulettimen siivistöä (ei näytetty), jolloin akselin toisessa päässä on moottorin oma jäähdytystuuletin 2. Jäähdytystuulettimen 2 tarkoituksena on jäähdyttää moottoria normaalikäytössä. Jäähdytys-25 tuulettimen 2 akseli 3 on kiinni moottorin akselissa 1, ··· jolloin viimeksi mainittu välittää voiman edelliseen.The electric motor shown in Figure 1, intended for use as a power source for a tunnel fan, comprises a shaft 1 which rotates the fan impeller (not shown), the other end of the shaft having its own cooling fan 2. The cooling fan 2 is intended to cool the motor in normal operation. The shaft 3 of the cooling-25 fan 2 is attached to the motor shaft 1, where the latter transmits the force to the former.

« Jäähdytystuulettimen 2 siivistöä 4 ympäröi suojus • · ·.· · 5, joka kehältään 6 on olennaisesti suljettu ja joka pää dystään 7 on avoin niin, että mahdollistetaan jäähdyttävän 30 ilmavirtauksen kulku siivistöön 4. Moottorin normaalikäy tössä, eli silloin kun moottoria ympäröivän ilman lämpöti-^ la vastaa normaalia ulkolämpötilaa ja jäähdytystuuletin 2 pyörii, tämä ilmavirtaus jatkaa tuuletintilasta 8 sähkö-moottoriin päin, jolloin se kulkee moottorin kuoren 9 ja 35 sitä ympäröivän olennaisesti tiiviin vaipan 10 välissä ♦ 4 99177 olevassa ilmavirtauskanavassa 11 jäähdyttäen moottorin rivoitettua kuorta. Jäähdyttävä ilmavirta poistuu ilmavir-tauskanavan 11 poistopäässä, jota osoittaa viitenumero 12.«The vane 4 of the cooling fan 2 is surrounded by a cover • · ·. · · 5 which is substantially closed at its periphery 6 and which is open at its end 7 so as to allow a flow of cooling air 30 to the vane 4. In normal engine operation, i.e. when the ambient air temperature - ^ la corresponds to normal outside temperature and the cooling fan 2 rotates, this air flow continues from the fan space 8 towards the electric motor, passing through the substantially dense housing 10 between the motor housing 9 and 35 ♦ 4 99177 cooling the motor ribbed housing. The cooling air flow exits at the outlet end of the air flow duct 11, indicated by reference numeral 12.

Jäähdytystuulettimen 2 suojusta 5 ympäröi tästä 5 etäisyyden päässä oleva ilmanohjain 13, jolloin tämän ja suojuksen 5 välissä on renkaanmuotoinen kanava 14, jonka kautta ilma ohjautuu renkaanmuotoisesta tuloaukosta 15 päädyn 7 kautta tuuletintilaan 8. Tuloaukko 15 on suunnattu kohti moottoria.The cover 5 of the cooling fan 2 is surrounded by an air guide 13 at a distance 5 therefrom, whereby between this and the cover 5 there is an annular duct 14 through which air is directed from the annular inlet 15 through the end 7 to the fan space 8. The inlet 15 is directed towards the motor.

10 Mikäli moottoria ympäröivän ilman lämpötila kohoaa poikkeuksellisen suureksi, esimerkiksi arvoon noin 250 °C, moottori jatkaa edelleen pyörimistä ja tunnelituulettimen tulee toimia ainakin tunnin. Tällaisessa poikkeuksellisessa tapauksessa keksinnön mukaisen moottorin oma jäähdytys-15 tuuletin 2 lakkaa toimimasta pian sen jälkeen kun moottori altistuu mainitulle korkealle lämpötilalle, eli siinä vaiheessa, kun jäähdyttävän ilmavirtauksen lämpötila on esimerkiksi alueella 80 - 120 °C mitoitustoleranssien määräämällä tarkkuudella, jolloin suurin normaali käyttölämpö-20 tila, esimerkiksi 40 °C, on selvästi ylitetty. Tämän an siosta jäähdytystuuletin 2 ei puhalla kuumaa ilmaa moot-. . torin ilmavirtauskanavaan 11. Jotta jäähdytystuulettimen 2 toiminta pysähtyisi mainituissa olosuhteissa, jäähdytys-tuulettimen 2 siivistön 4 ja moottorin väliin on asennettu 25 ohut alumiininen kiekko 16, jonka halkaisija on jäähdytys- « « . tuulettimen siivistön 4 halkaisijan suuruusluokkaa, jol- loin kiekon kehää ympäröi pienen etäisyyden, 0,2 - 1 mm, edullisesti noin 0,5 mm, päässä vastinrengas 17, ja jäähdytystuulettimen akseliin 3 on tehty lovi 18 akselin hei-30 kentämiseksi. Kiekko 16 pyörii jäähdytystuulettimen 2 sii vistön 4 mukana. Vastinrengas 17 on sovitettu kiinteästi :·. moottorin runkoon.10 If the temperature of the air around the motor rises to an exceptionally high level, for example to approx. 250 ° C, the motor will continue to run and the tunnel fan must run for at least one hour. In such an exceptional case, the own cooling-15 fan 2 of the motor according to the invention ceases to operate shortly after the motor is exposed to said high temperature, i.e. at a temperature of 80 to 120 ° C with the accuracy determined by the design tolerances, whereby the maximum normal operating temperature-20 the state, for example 40 ° C, is clearly exceeded. Due to this, the cooling fan 2 does not blow hot air into the engine. . In order to stop the operation of the cooling fan 2 under said conditions, a thin aluminum disc 16 with a diameter of cooling is installed between the impeller 4 of the cooling fan 2 and the motor. an order of magnitude of the diameter of the fan blade 4, the circumference of the disc being surrounded by a mating ring 17 at a small distance of 0.2 to 1 mm, preferably about 0.5 mm, and a notch 18 is provided in the cooling fan shaft 3 to weaken the shaft. The disc 16 rotates with the fan 4 of the cooling fan 2. The mating ring 17 is fixed:. to the engine frame.

• ·• ·

Kuvattu rakenne toimii korkeissa ympäröivissä läm-, pötiloissa (noin 250 °C) siten, että tuloaukon 15 kautta ·,·, 35 ohjautuu kuumaa ilmaa tuuletintilaan 8, jonka seurauksesta t 5 99177 kiekon 16 halkaisija kasvaa nopeasti (muutamassa minuutissa tai vielä nopeammin) ja kiekon ja vastinrenkaan 17 välinen rako 19, joka normaalisti on noin 0,5 mm, menee umpeen. Kiekon 16 halkaisijan kasvu on nopeaa, koska kiekko 5 on lämpöä hyvin johtavaa alumiinia ja sen massa on pieni.The described structure operates at high ambient temperatures (about 250 ° C) so that hot air is directed through the inlet 15 to the fan space 8, as a result of which the diameter of the disc 16 increases rapidly (in a few minutes or even faster) and the gap 19 between the disc and the mating ring 17, which is normally about 0.5 mm, closes. The diameter increase of the disc 16 is rapid because the disc 5 is made of highly thermally conductive aluminum and has a small mass.

Kiekon 16 kehä alkaa hangata vastinrenkaaseen 17, minkä seurauksesta kiekko pyrkii hitsautumaan vastinrenkaaseen.The circumference of the disc 16 begins to rub against the mating ring 17, as a result of which the disc tends to weld to the mating ring.

Kun kiekon 16 ja vastinrenkaan 17 välinen kitka on saavuttanut tietyn arvon, jäähdytystuulettimen 2 akseliin 3 koh-10 distuu niin suuri vääntömomentti, että akseli murtuu loven 18 kohdalta ja jäähdytystuuletin 2 lakkaa toimimasta. Murtuminen voi esimerkiksi tapahtua 10% arvolla moottorin nimellismomentista.When the friction between the disc 16 and the counter ring 17 has reached a certain value, the shaft 3 of the cooling fan 2 is subjected to such a high torque that the shaft breaks at the notch 18 and the cooling fan 2 stops working. For example, rupture can occur at 10% of the rated motor torque.

Edullisesti kiekon 16 ulkokehä on kuvion 2 mukai-15 sesti viistetty niin, että sen sähkömoottoria kohti oleva halkaisija on suurempi kuin sen sähkömoottorista poispäin osoittava halkaisija, jolloin se on jatkuvan lämpölaajenemisen seurauksesta sovitettu lommahtamaan, niin, että keskustassa oleva irronnut akselin pää siirtyy etäisyyden 20 päähän muusta akselista 3, minkä ansiosta vältetään akse lin 3 murtokohdassa mahdollinen hankautuminen akselin 1 . jatkaessa pyörimistään.Preferably, the outer circumference of the disc 16 is beveled as shown in Figure 2 so that its diameter towards the electric motor is larger than its diameter away from the electric motor, so that it is adapted to buckle as a result of continuous thermal expansion so that the centered detached shaft end moves from the other shaft 3, thus avoiding possible abrasion of the shaft 1 at the breaking point of the shaft 3. as it continues to rotate.

Kun akseli 1 siivistöineen (ei näytetty) pyörii, tuloaukon 15 kohdalle syntyy kuuman, nuolilla A osoittavan 25 ilmavirtauksen johdosta alipaine Pl. Vastaavasti ilmavir- tauskanavan 11 poistoaukon kohdassa 12 syntyy alipaine P2, « jonka suuruus vastaa tuloaukon 15 alipainetta, eli PI = P2 « · ja paine-ero on nolla. Koska paine-eroa ei ole, kuumaa ilmaa ei myöskään virtaa ilmavirtauskanavassa 11. Sanotun 30 johdosta moottoria ympäröivä ilmavirtaus ei kykene kuumen tamaan moottoria tehokkaasti ja sen käämitys ja laakerit ··, säilyvät toimintakuntoisina merkittävästi kauemmin kuin f 9 tunnetuissa moottoreissa. Edellä sanotusta huolimatta moottoriin voidaan sovittaa ilmaohjaimen 13 ja jäähdytys-35 tuulettimen suojuksen 5 väliin läppä 26, joka moottorin f i t 6 99177 normaalitoiminnassa on auki jäähdytystuulettimen tuloauk-koon 15 kohdistavan ilmavirtauksen B vaikutuksesta. Jääh-dytystuulettimen 2 pysähtyessä läppä 26 sulkeutuu, mikä varmistaa ilmavirtauksen loppumisen ilmavirtauskanavassa 5 11, eikä kuumaa ilmaa pääse virtaamaan kanavassa 11 ja lämmittämään moottoria. Läppä voi olla taipuisaa materiaalia, jolloin saavutetaan mainittu toiminta. Sähkömoottoria ympäröivä kuuma ilmavirtaus A pyrkii osaltaan sulkemaan läpän 26. Vaihtoehtoisesti läppä voi olla saranoitu 27 ja 10 jousella 28 kuormitettu, jolloin jousi huolehtii läpän sulkeutumisesta. On selvää, että läppärakenne voi olla toteutettu monella tavalla.When the shaft 1 with its blades (not shown) rotates, a vacuum P1 is created at the inlet 15 due to the hot air flow 25 indicated by the arrows A. Correspondingly, at the outlet 12 of the air flow duct 11, a vacuum P2 is created, the magnitude of which corresponds to the vacuum of the inlet 15, i.e. PI = P2 «· and the pressure difference is zero. Since there is no pressure difference, no hot air also flows in the air flow duct 11. As a result, the air flow around the motor is not able to heat the motor efficiently and its winding and bearings remain in operation for significantly longer than known motors. Notwithstanding the above, a flap 26 can be fitted between the air guide 13 and the cooling-35 fan guard 5, which in the normal operation of the motor is open by the action of the air flow B to the cooling fan inlet 15. When the cooling fan 2 stops, the flap 26 closes, which ensures that the air flow in the air flow duct 5 11 stops, and no hot air can flow in the duct 11 and heat the engine. The flap may be a flexible material to achieve said function. The hot air flow A surrounding the electric motor tends to help close the flap 26. Alternatively, the flap can be hinged 27 and loaded with a spring 28, whereby the spring takes care of closing the flap. It is clear that the flap structure can be implemented in many ways.

Vaikka kiekon 16 hitsautuminen vastinrenkaaseen 17 on edellä kuvattu tapahtuvaksi ympäristön lämpötilassa 15 noin 250 °C, on luonnollista, että tämä lämpötila voi olla jokin muu. Rakenne voidaan mitoittaa siten, että hitsautuminen tapahtuu jossakin moottorin normaaliin toimintaläm-pötilaan verrattuna korkeassa lämpötilassa, joka syntyy ympäristön lämpötilan kohoamisesta korkeaan lämpötilaan.Although the welding of the disc 16 to the mating ring 17 has been described above to take place at an ambient temperature of about 250 ° C, it is natural that this temperature may be different. The structure can be dimensioned so that welding takes place at some high temperature compared to the normal operating temperature of the motor, which arises from the rise of the ambient temperature to a high temperature.

20 Ympäristön lämpötila voi tällöin tyypillisesti on alueella 200 - 300 °C. On suositeltavaa, että hitsautuminen saadaan ; tapahtumaan mahdollisimman nopeasti sen jälkeen kun poik keukselliset olosuhteet syntyvät. Olennaista on, että kiekko 16, vastinrengas 17, rako 19 ja akselin 3 murtovoi-25 ma on mitoitettu siten, että akseli murtuu kun kiekko 16 · hitsautuu vastinrenkaaseen 17. On ajateltavissa, että ak- selia 3 ei ole heikennetty loven 18 avulla, vaan sähköni · moottoriin on tämän sijasta sovitettu alan ammattimiehelle mieleen tulevat toisenlaiset välineet, jotka vapauttavat 30 jäähdytystuulettimen 2 akselin 3 akselin 1 käyttövoimasta kiekon 16 hitsautuessa vastinrenkaaseen 17. Tällaiset vä- ;·. lineet voivat esimerkiksi olla akseleiden 3 ja 1 välinen • · · kytkin, joka avautuu kun tietty vääntömomentti on ylitetty.The ambient temperature can then typically be in the range of 200 to 300 ° C. It is recommended that welding be obtained; as soon as possible after the occurrence of the exceptional circumstances. It is essential that the disc 16, the counter ring 17, the gap 19 and the breaking force 25 of the shaft 3 are dimensioned so that the shaft breaks when the disc 16 · welds to the counter ring 17. It is conceivable that the shaft 3 is not weakened by the notch 18, but instead, the electric motor is provided with other means which come to the mind of a person skilled in the art, which release the shaft 30 of the cooling fan 2 from the driving force of the shaft 1 when the disc 16 is welded to the mating ring 17. Such the lines can be, for example, a clutch between shafts 3 and 1 • · · which opens when a certain torque is exceeded.

ΐ i ; 35 7 99177ΐ i; 35 7 99177

Kuviossa 3 kuvion 1 moottori on esitetty jäähdytys-tuulettimen 2 puoleisesta päädystä katsottuna, jolloin näkyy vain jäähdytystuulettimen suojusta ympäröivä il-manohjain 13 ja liitäntäkotelo 20. Kuten kuviosta nähdään, 5 ilmanohjain 13 on päädystä suljettu, jotta ilman sisääntu lo tapahtuisi ainoastaan tuloaukon 15 kautta.Fig. 3 shows the motor of Fig. 1 seen from the end of the cooling fan 2 side, showing only the air guide 13 surrounding the cooling fan cover and the connection housing 20. As can be seen in the figure, the air guide 13 is closed at the end so that air enters only through the inlet 15.

Kuvion 4 käyrä 2 osoittaa miten keksinnön mukaisen moottorin käämitys kuumenee alkuarvosta 125 °C ajan funktiona kun moottoria ympäröivän ilman lämpötila nousee ta-10 vanomaisesta arvosta 40 °C äkillisesti arvoon 250 °C. Käyrä 1 osoittaa tunnetun moottorin käämityksen kuumentumista. Piirroksesta nähdään, että tunnin kuluttua tekniikan tasoa olevan moottorin käämitys on saavuttanut lämpötilan noin 230 °C, kun keksinnön mukaisessa moottorissa käämityksen 15 lämpötila on noussut vain arvoon noin 180 °C. Keksinnön mukaisessa moottorissa arvo 230 °C saavutetaan vasta noin kahden tunnin kuluttua. Käyrä 3 osoittaa miten tekniikan tasoa olevan moottorin laakeri kuumenee alkuarvosta 75 °C ajan funktiona kun moottoria ympäröivän ilman lämpötila on 20 muuttunut tavanomaisesta arvosta 40 °C äkillisesti arvoon 250 °C. Käyrä 4 osoittaa keksinnön mukaisen moottorin laa-. . kerin kuumentumista. Nähdään, että tunnin kuluttua teknii kan tasoa olevan moottorin laakeri on saavuttanut lämpötilan noin 165 °C, kun keksinnön mukaisessa moottorissa 25 laakerin lämpötila on noussut vain arvoon 125 °C. Keksinnön ·.: : mukaisessa moottorissa arvo 165 °C saavutetaan vasta run- ,.]·* saan puolentoista tunnin kuluttua. Kuvion 4 käyrät on ai- : kaansaatu laskennallisesti käyttämällä lämpöverkkomallia.Curve 2 in Figure 4 shows how the winding of a motor according to the invention heats up from an initial value of 125 ° C as a function of time when the temperature of the air surrounding the motor rises abruptly from the usual value of 40 ° C to 250 ° C. Curve 1 shows the heating of the known motor winding. It can be seen from the drawing that after one hour the winding of the prior art motor has reached a temperature of about 230 ° C, while in the motor according to the invention the temperature of the winding 15 has only risen to about 180 ° C. In the engine according to the invention, the value of 230 ° C is reached only after about two hours. Curve 3 shows how the bearing of a prior art motor heats up from an initial value of 75 ° C as a function of time when the temperature of the air surrounding the motor has suddenly changed from a normal value of 40 ° C to 250 ° C. Curve 4 shows the scale of the motor according to the invention. . heater heating. It will be seen that after one hour the bearing of the prior art motor has reached a temperature of about 165 ° C, while in the motor 25 according to the invention the bearing temperature has risen only to 125 ° C. In the engine according to the invention, the value of 165 ° C is reached only after one and a half hours. The curves in Figure 4 are computed using a heating network model.

Käyrät osoittavat, että keksinnön mukaisella moottorilla 30 saadaan selvästi paremmat turvallisuusmarginaalit kuin tunnetuilla moottoreilla.The curves show that the motor 30 according to the invention gives clearly better safety margins than the known motors.

.. Kuviossa 5 on esitetty toinen ratkaisu, jolla jääh- dytystuulettimen 2' toiminta voidaan pysäyttää kun moottorin ympäristön lämpötila kohoaa epänormaalin korkeaksi... Figure 5 shows another solution by which the operation of the cooling fan 2 'can be stopped when the ambient temperature of the motor rises to an abnormally high level.

• ' 35 Kuviossa on käytetty vastaavaa viitenumerointia kuin ku- 8 99177 viossa 1 vastaavien komponenttien osalta. Kuvion 5 ratkaisussa jäähdytystuulettimen 2' napa 29’ käsittää kartiomai-sen osuuden käsittävän aukon 25'. Napa 29’ on kiinnitetty kutistusliitoksella 31' sähkömoottorin akseliin 1', jonka 5 pää on vastaavasti muodostettu kartiomaiseksi. Jäähdytys tuulettimen 2' ja akselin 1' välinen kutistusliitos 31' löystyy moottoria ympäröivän ympäristön lämpötilan kohotessa, minkä seurauksesta jäähdytystuuletin lopuksi irtoaa akselista 1' ja jäähdytystuuletin lakkaa toimimasta. Jääh-10 dytystuulettimen 2' ja akselin 1' välisen kutistusliitok- sen avautuessa jäähdytystuuletin pyörii vielä jonkin aikaa hitausmomentin johdosta. Hitausmomentista johtuva pyöriminen edesauttaa jäähdytystuulettimen 2’ irtoamista, koska jäähdytystuulettimen siivistön aksiaalisuuntainen puhal-15 lusvoima pyrkii työntämään jäähdytystuulettimen pois akse lista 1', mikä lisää irrotusratkaisun toimintavarmuutta.• In the figure, the same reference numbering as in Fig. 8 99177 is used in Fig. 1 for the corresponding components. In the solution of Figure 5, the hub 29 'of the cooling fan 2' comprises an opening 25 'having a conical portion. The hub 29 'is fixed by a shrink joint 31' to the shaft 1 'of the electric motor, the end 5 of which is correspondingly conical. Cooling The shrinkage connection 31 'between the fan 2' and the shaft 1 'loosens as the ambient temperature of the motor rises, as a result of which the cooling fan eventually detaches from the shaft 1' and the cooling fan stops working. When the shrinkage connection between the cooling fan 10 'and the shaft 1' opens, the cooling fan rotates for some time due to the moment of inertia. The rotation due to the moment of inertia contributes to the disengagement of the cooling fan 2 ', because the axial blowing force of the cooling fan blade tends to push the cooling fan off the shaft 1', which increases the operational reliability of the removal solution.

Kutistusliitoksen 31’ löystyminen on aikaansaatu valmistamalla jäähdytystuuletin 2' napoineen 29' materiaalista, jonka lämpölaajeneminen on suurempaa kuin akseli-20 materiaalin lämpölaajeneminen. Jäähdytystuuletin 2' napoi neen voidaan edullisesti valmistaa alumiiniseoksesta, jol-; loin akseli 1' on terästä.The loosening of the shrink joint 31 'is achieved by making the cooling fan 2' with its poles 29 'of a material having a thermal expansion greater than the thermal expansion of the shaft-20 material. The cooling fan with the 2 'terminal can advantageously be made of an aluminum alloy, wherein; I created the shaft 1 'of steel.

Jotta jäähdytystuuletin 2' löystymisen jälkeen kaikissa tilanteissa varmasti siirtyisi pois akselista 1' 25 eikä jäisi tämän päälle hankaamaan, edullisesti sekä jääh- ‘ dytystuulettimen napa 29' että akseli 1' käsittävät vaste- pinnat 30' ja 22', joiden väliin on sovitettu puristusjou- • · · set 23'. Puristusjouset 23' ovat esijännitettyinä silloin kun moottori toimii normaalisti ja jäähdytystuuletin 2' on 30 akselin 1' päällä. Jousien 23' ansiosta jäähdytystuuletin 2' työntyy voimallisesti pois akselista 1' kohti suojuksen :·. 5' sisäpinnalle kiinnitettyä akselin 1' suuntaista kanna- tintappia 24' ja ripustuu tämän varaan nojautuneena navan 29' aukkoon 25'. Kannatintappi 24' on luonnollisesti muo-35 dostettu sellaiseksi, että jäähdytystuuletin 2' ei pääse « « · 9 99177 putoamaan siitä pois. Tätä varten kannatintapin 24' vapaa pää voi olla laajennettu tai kannatintappi on kiinnitetty suojukseen 5’ suorakulmasta poikkeavaan kulmaan niin, että sen vapaa pää osoittaa hieman ylöspäin. Mainittujen puris-5 tusjousien sijasta voidaan edullisesti käyttää yhtä isom paa puristusjousta, joka esijännitettynä tukeutuu vaste-pintoihin 22' ja 30' ja asettuu samankeskisesti navan aukkoon 25' nähden. Vaihtoehtoisesti jäähdytystuulettimen ripustus tuuletinsuojukseen voidaan varmistaa ratkaisulla, 10 jossa tuuletinsuojukseen on tehty aukko, johon navassa oleva tappi kiinnittyy.In order to ensure that the cooling fan 2 ', after loosening in all situations, moves away from the shaft 1' 25 and does not rub against it, preferably both the cooling fan hub 29 'and the shaft 1' comprise abutment surfaces 30 'and 22' between which a compression spring is arranged. • · · set 23 '. The compression springs 23 'are biased when the engine is running normally and the cooling fan 2' is on the shaft 1 '. Thanks to the springs 23 ', the cooling fan 2' protrudes strongly from the shaft 1 'towards the cover:. 5 'mounted on the inner surface in the direction of the shaft 1' in the direction of the axis 1 'and hanging on it on the opening 25' of the hub 29 '. The support pin 24 'is, of course, formed in such a way that the cooling fan 2' cannot fall out of it. For this purpose, the free end of the support pin 24 'may be extended or the support pin may be attached to the cover at an angle deviating from the rectangle 5' so that its free end points slightly upwards. Instead of said compression springs, it is advantageous to use one larger compression spring which, when prestressed, rests on the abutment surfaces 22 'and 30' and is concentric with the hub opening 25 '. Alternatively, the suspension of the cooling fan on the fan guard can be ensured by a solution 10 in which an opening is made in the fan guard to which a pin in the hub is attached.

Jotta jäähdytystuulettimen 2' ja akselin 1' välinen lämpötilaero saataisiin mainituissa poikkeuksellisissa olosuhteissa suureksi, mikä edesauttaa ja nopeuttaa jääh-15 dytystuulettimen irtoamista akselista 1', akselin ja navan 22' välissä on ohut lämpöeristekerros 21', jolloin lämmön siirtyminen jäähdytystuulettimesta akseliin on huonoa. Nopeaa irtoamista edesauttaa myös se, että jäähdytystuulettimen massa on mahdollisimman pieni. Edellä kuvatun 20 toisen suoritusmuodon etuna on rakenteen yksinkertaisuus ja jäähdytystuulettimen helppo asennettavuus akselille : .· sekä moottorin valmistusvaiheessa että huollossa, joka tehdään edellä kuvatun poikkeuksellisen korkean lämpötilan vaikuttamisen jälkeen.In order to maximize the temperature difference between the cooling fan 2 'and the shaft 1' in said exceptional conditions, which facilitates and accelerates the release of the cooling fan from the shaft 1 ', there is a thin thermal insulation layer 21' between the shaft and the hub 22 ', thereby transferring heat from the cooling fan to the shaft. The rapid detachment is also facilitated by the smallest possible mass of the cooling fan. The advantage of the second embodiment 20 described above is the simplicity of the structure and the easy installation of the cooling fan on the shaft: both during the manufacturing phase of the engine and during the maintenance carried out after the exceptionally high temperature described above.

25 Edellä keksintöä on selostettu vain kahden suosi- !·! * teltavan suoritusmuodon avulla, ja sen vuoksi huomaute- taan, että keksintö on yksityiskohdiltaan toteutettavissa • ♦ monella tavalla oheistettujen patenttivaatimuksien puitteissa. Näin ollen sähkömoottorin kuorta ympäröivän vaipan 30 10 muotoilu voi poiketa esitetystä. Ilmanvirtauskanavan 11 ei tarvitse välttämättä ympäröidä yhtenäisesti moottorin ;·. kuorta 9, vaikka näin on edullista, koska siten jäähdytys « · saadaan tehokkaaksi. Ilmanvirtauskanava voi muodostua useasta kanavasta. On ajateltavissa, että rengasmaisena i 35 elimenä, joka hitsautuu vastinrenkaaseen 17, käytetään 10 99177 erillisen kiekon 16 sijasta jäähdytystuulettimen 2 siivis-töä 4. Rengasmaisen elimen (kiekon) materiaali voi olla muukin kuin alumiini tai alumiiniseos, mutta alumiinin lämmönjohtavuus on hyvä ja lämpölaajeneminen on suuri te-5 räkseen verrattuna, joten se on siitä syystä edullinen.The invention has been described above with reference to only two preferred! * by means of the present embodiment, and it is therefore noted that the invention is practicable in detail • ♦ in many ways within the scope of the appended claims. Thus, the design of the sheath 30 10 surrounding the housing of the electric motor may differ from that shown. The air flow passage 11 does not necessarily have to surround the motor uniformly; shell 9, although this is advantageous because it makes the cooling «· efficient. The air flow duct can consist of several ducts. It is conceivable that, as an annular member 35 welded to the mating ring 17, a fan 4 of the cooling fan 2 is used instead of a separate disc 16. 99 The material of the annular member (disc) may be other than aluminum or aluminum alloy, but aluminum has good thermal conductivity and thermal expansion. large compared to the te-5 rack, so it is therefore inexpensive.

Rengasmaisen elimen seinämävahvuus voi vaihdella. Vastin-renkaan 17 ja kiekon 16 välinen rako 19 voi poiketa arvosta 0,5 mm; on oletettavaa, että normaalikäytössä se on 0,2 - 1 mm. Jäähdytystuulettimen akselin 3 murtuminen voidaan 10 luonnollisesti mitoittaa tapahtuvaksi muullakin moottorin nimellismomentin murto-osalla kuin 10 %, esimerkiksi murto-osalla 5 - 20 %. Loven sijasta jäähdytystuulettimen akseli voi olla halkaisijaltaan niin pieni, että murtuminen tapahtuu pienellä vääntömomentilla. On jopa ajatelta-15 vissa, että sähkömoottorin jäähdytystuuletinta käyttää toinen sähkömoottori, jonka virransaanti katkaistaan lämpötila-anturin avulla kun tietty lämpötila ylittyy, jolloin rengasmaista elintä ja vastinrengasta tai kutistus-liitosta ei lainkaan tarvita. On kuitenkin selvää, että 20 viimeksi mainittu ratkaisu on kalliimpi kuin ratkaisu, jossa jäähdytystuuletinta käyttää sama sähkömootttori kuin itse tunnelituuletinta.The wall thickness of the annular member may vary. The gap 19 between the counter ring 17 and the disc 16 may deviate from 0.5 mm; it is assumed to be 0.2 to 1 mm in normal use. The rupture of the cooling fan shaft 3 can, of course, be dimensioned to occur at a fraction of the rated motor torque other than 10%, for example at a fraction of 5 to 20%. Instead of a notch, the shaft of the cooling fan may be so small in diameter that the rupture occurs with a small torque. It is even conceivable that the cooling fan of an electric motor is driven by another electric motor, the power supply of which is cut off by a temperature sensor when a certain temperature is exceeded, so that an annular member and a counter ring or shrinkage joint are not required at all. However, it is clear that the latter solution is more expensive than the solution in which the cooling fan is driven by the same electric motor as the tunnel fan itself.

• · • · 9 · · • » ·»»> • · • t • · • · • · 1 • t I • ·• · • · 9 · · • »·» »> • · • t • · • · • · 1 • t I • ·

Claims

11 99177

An electric motor with a fan, preferably a tunnel fan motor, the electric motor comprising 5 cooling fans (2, 2 ') for cooling it, characterized in that the electric motor comprises means (16, 17, 3, 31') for stopping the cooling fan (2, 2 '). ) when the electric motor is surrounded by a hot air flow with an exceptionally high temperature compared to the normal operating temperature of the electric motor and that the electric motor housing (9) is substantially surrounded by an annular jacket (10) with an air flow duct (11) between the jacket and the electric motor housing. by means of the cooling fan (2) in normal-15 operation, the cooling fan (2) cover (5) being surrounded by an air guide (13) for directing cooling air from the inlet (15) to the cooling fan cover inside the fan space (8), which inlet points in the opposite direction to the fan the blowing direction so that when the cooling fan stops at said exceptionally high temperature, a pressure is applied to the inlet due to the hot air flow surrounding the electric motor, which. substantially corresponds to the pressure exerted on the electric motor at the outlet end (12) of the airflow-25 duct (11) due to said hot airflow, which prevents the flow of hot air in the airflow duct.

An electric motor according to claim 1, wherein the shaft of the cooling fan (2 ') is concentric with the shaft (1') of the electric motor, characterized in that the means for stopping the operation of the cooling fan (2?) Comprise a cooling fan hub (29 '); ·. and a shrinkage joint (31 ') between the shaft (11) of the electric motor, adapted to open at a temperature resulting from an increase in ambient temperature, for which a cooling fan hub (29') is made of a material having a thermal expansion greater than that of the electric motor. thermal expansion of the material of the shaft (1 ').

Electric motor according to Claim 2, characterized in that the pole (29 ') of the cooling fan (2T) is made of aluminum and the shaft (1') of the electric motor is made of steel.

Electric motor according to Claim 2, characterized in that the hub (29 ') of the cooling fan (2') and the shaft (1 ') of the electric motor are conical at the shrinkage connection (31').

Electric motor according to Claim 2, characterized in that there is a thin thermal insulation layer (21 ') between the hub (29') of the cooling fan (2 ') and the shaft (1') of the electric motor.

Electric motor according to claim 2, characterized in that the hub (29 ') of the cooling fan (2') comprises a abutment surface (30 ') and the shaft (1') of the electric motor comprises a corresponding abutment surface (22 ') spaced therefrom, said abutment surface At least one spring member (23 ') is arranged between them, which is prestressed with the hub • (29') of the cooling fan (2 ') on the shaft (1') of the electric motor during normal operation of the electric motor and which is prestressed to push the cooling fan 25 (2 ') hub (29') off the electric motor shaft (1 ') l · · the cooling fan hub and the electric motor shaft have been sufficiently weakened as a result of said increase in ambient temperature.

An electric motor according to claim 2, characterized in that a support pin (24 ') is attached to the cover (5') of the cooling fan (2 ') for supporting the cooling fan on the cooling fan hub «29 (29') after the hub has protruded onto the support pin (24 ') through the opening (25'). ΐ.! 35 • «1 t •« · <«• · • · t« 4 • 99177 13

An electric motor according to claim 1, wherein the shaft (3) of the cooling fan (2) is concentric with the shaft (1) of the electric motor, characterized in that the means for stopping the operation of the cooling fan (2) comprise an annular member (16) connected to the cooling fan. is arranged to rotate with the shaft (1) of the electric motor and is surrounded by a mating ring (17) or a corresponding mating part arranged on the body of the electric motor, the mating ring being arranged at a small distance from the circumference of the annular member, the annular member being made of a material is so large that as the temperature of the electric motor increases, the annular member expands in the radial direction of the electric motor more than the diameter of the counter-15 ring, whereby the gap (19) between the outer circumference of the annular member (16) and the counter ring (17) is dimensioned so small that the electric motor n as the ambient temperature increases to said exceptionally high temperature compared to the normal operating temperature of the electric motor, the outer circumference of the annular member (16) contacts and welds to the inner circumference of the counter ring (17).

Electric motor according to Claim 8, characterized in that the shaft (3) of the cooling fan (2) is dimensioned in such a way that it is significantly weaker than the shaft (1) of the electric motor 25 so that it breaks when the annular member (16) is welded against - ··· to the tire (17). Electric motor according to Claim 9, characterized in that the shaft (3) of the cooling fan (2) is weakened by means of a notch (18), the maximum permissible torque being that of the shaft of the electric motor. ( 1) significantly less than the maximum permissible torque.

Electric motor according to Claim 10, characterized in that the battery (3) of the cooling fan (2) is dimensioned so that it breaks by 5 to 20% of the nominal torque of the electric motor.

Electric motor according to claim 8, characterized in that it comprises means 5 which release the traction connection of the shaft (3) of the cooling fan (2) to the shaft (1) of the electric motor when the annular member (16) is welded to the mating ring (17).

Electric motor according to Claim 8, characterized in that the annular element consists of 10 aluminum discs (16) arranged between the fan blade (4) of the fan (2) and the electric motor.

Electric motor according to Claim 13, characterized in that the circumference of the disc (16) is chamfered so that its diameter towards the electric motor is larger than its diameter facing away from the electric motor.

Electric motor according to Claim 8, characterized in that the gap (19) between the annular member (16) and the counter ring (17) is 0.2 to 1 mm.

Electric motor according to Claim 8, characterized in that the annular member (16) is. , adapted to weld to the counter ring (17) at a temperature resulting from an increase in ambient temperature to 200 to 300 ° C.

Electric motor according to Claim 1, characterized in that the duct (14) between the air guide (13) and the cooling fan guard (5) has: a flap (26) which is open to the cooling fan inlet (15) during normal motor operation by the suction flow (B) applying, but which closes when the cooling fan (2) stops to stop the air flow in the air flow duct (11).

Electric motor according to Claim 17, characterized in that the flap (26) is hinged (27) 35 and is associated with a spring (28) for closing it when the inlet opening (15) is not subjected to a suction flow (B). 15 99177