PL224899B1 - Kadłub silnika elektrycznego chłodzony wodą - Google Patents

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest kadłub silnika elektrycznego chłodzony wodą stosowany w siln ikach o dużym stosunku momentu znamionowego do masy.

Silniki elektryczne o dużym stosunku momentu znamionowego do masy są stosowane w m aszynach roboczych ciężkich w których przestrzeń przeznaczona do zabudowy silnika elektrycznego jest ograniczona. Przykładem takich maszyn roboczych są kombajny przeznaczone do pracy w kopa lniach podziemnych. W silnikach elektrycznych o dużym stosunku momentu znamionowego do masy standardowo stosuje się chłodzenie kadłuba płynem, zwykle wodą destylowaną.

Znane są rozwiązania konstrukcyjne kadłubów maszyn elektrycznych chłodzonych wodą, są to kadłuby odlewane z: aluminium, żeliwa bądź staliwa. Wewnątrz tych odlewów są opisie zatopione rurkowe spirale chłodnicze. Rozwiązanie takie jest przedstawione w patencie US 3,127,530 A i dotyczy silnika przeznaczonego do napędu pomp. W Polsce chłodnice spiralne zatopione w kadłubie odlewanym są stosowane w silnikach indukcyjnych klatkowych napędzających kombajny górnicze, a także w silnikach wzbudzanych magnesami trwałymi do napędu samochodów elektrycznych Peugeot Partner (silnik o mocy znamionowej 30 kW) i SAM Re-Volt (silnik o mocy znamionowej 25 kW), produkowanych przez Instytut KOMEL. Wykonanie kadłuba z zatopioną rurkową spiralą jest rozwiązaniem kosztownym, gdyż wymaga wykonania omodelowania do formowania odlewniczego. Koszt takiego odlewu zależy od wielkości kadłuba, materiału i sposobu odlewania oraz od liczby produkowanych kadłubów, to znaczy wielkości serii.

Znane jest również rozwiązania kadłuba z żebrami i osłoną zewnętrzną. Do zewnętrznej części kadłuba są przyspawane żebra, które są przykryte osłoną zewnętrzną. Żebra między kadłubem i osłoną zewnętrzną tworzą kanał przez który przepływa płyn chłodzący. Rozwiązanie to jest stosunkowo drogie, gdyż wymaga wykonanie kadłuba, osłony zewnętrznej i żeber, a następnie przyspawanie żeber do powierzchni kadłuba zewnętrznego. Wymaga to także dodatkowej obróbki mechanicznej w celu uzyskania dobrej szczelności płaszcza chłodzącego.

Znane są również rozwiązania kadłuba dwuczęściowego w którym płaszcz chłodzący tworzy spiralny rowek wytoczony w kadłubie wewnętrznym. Takie rozwiązanie jest w opisie przedstawione w patencie CN 101252297. W wewnętrznej części kadłuba są wytoczone kanały. Kanały mogą mieć kształt: prostokątne, zaokrąglone i trójkątne, kształty te są widoczne na rysunkach fig. 2 do fig. 4. Kanały te przykrywa zewnętrzna część kadłuba.

Rozwiązanie to wymaga wytoczenia rowka spiralnego o odpowiednim kształcie i dokładnej obróbki styku kadłuba zewnętrznego przykrywającej rowek. Skuteczność chłodzenia maszyny elektryc znej zależy od ilości i szerokości nacięć rowków spiralnych.

Według wynalazku kadłub silnika elektrycznego chłodzony wodą o długości L, średnicy zewnętrznej D i średnicy wewnętrznej d składający się z płaszcza wewnętrznego i zewnętrznego, przy czym średnica zewnętrzna płaszcza wewnętrznego jest trójstopniowa, a między płaszczem wewnętrznym i płaszczem zewnętrznym na całej długości jest umieszczone żebro, charakteryzuje się tym, że średnica zewnętrzna płaszcza wewnętrznego, na długości L₁ jest równa D<D, na długości (L₁-L₂) jest równa D₂>D₁ i mniejsza od D, natomiast płaszcz zewnętrzny ma długość L₂, średnicę wewnętrzną D₂ i grubość (D-D₂)/2, przy czym na całej długości L₂ jest przecięty i z obydwóch stron przecięcia ma przyspawane dwie podstawy złączy do wody. Między złączami jest umieszczone żebro o długości L₁ i wysokości (D₂-D₁)/2 i jest ono na całym obwodzie połączone spawam z płaszczem wewnętrznym i płaszczem zewnętrznym. Płaszcz zewnętrzny jest umieszczony na średnicy D₂ płaszcza wewnętrznego i obydwa płaszcze, na całym obwodzie, są połączone spawem.

Przedmiot wynalazku jest zilustrowany przykładem rozwiązania na rysunkach, na których przedstawiono: fig. 1 przekrój kadłuba wraz z wprasowanym pakietem uzwojonym stojana, fig. 2 przekrój płaszcza wewnętrznego kadłuba silnika, fig. 3 i fig. 4 dwa kształty żebra zapewniające odpowiedni przepływ czynnika chłodzącego, fig. 5 widok zewnętrzny płaszcza wewnętrznego kadłuba z przyspawanym żebrem, fig. 6 widok 3D płaszcza zewnętrznego ze złączami wodnymi, fig. 7 widok 2D płaszcza zewnętrznego ze złączami wodnymi i fig. 8 widok zewnętrzny kadłuba. Kadłub silnika elektrycznego chłodzony wodą długości L, średnicy zewnętrznej D i średnicy wewnętrznej d składa się z dwóch płaszczy: wewnętrznego 1 i zewnętrznego 3. Średnica zewnętrzna płaszcza wewnętrznego 1, jest trójstopniowa: na długości L₁ powierzchnia płaszcza 1.1 ma średnicę D₁<D, na długości (L₂-L₁) powierzchnia płaszcza 1.2 ma średnicę D₂>D₁; i D₂>D a na pozostałej długości (L-L₂) ma średnice D. Płaszcz zewnętrzny 3, wykonany jest z blachy o grubości (D-D₂)/2 i o szerokości L₂, zwiniętej na średnicę

PL 224 899 B1 wewnętrzną D₂. Płaszcz zewnętrzny 3, na całej długości L₂ jest przecięty z przerwą P pomiędzy końcami. Przecięcie to umożliwia rozchylenie płaszcza zewnętrznego 3 na średnicę D płaszcza wewnętrznego 1 i założenie go na płaszcz wewnętrzny 1 na średnicę D₂. Płaszcz zewnętrzny 3, z obydwóch stron przecięcia wzdłużnego, ma na końcach dwa bądź cztery otwory 3.1 wokół których są przyspawane 4.1 podstawy złączy 4 do wody. Dwa otwory 3.1 dotyczą pojedynczego złącza 4 i są usytuowane w odległościach H = 0,5L₂ od obwodowej krawędzi bocznej i w odległości W = 0,05 Di od krawędzi przecięcia wzdłużnego. Cztery otwory 3.1 dotyczą podwójnego złącza 4 i są usytuowane w odległościach H₁ = 0,25L₂ od obwodowych krawędzi bocznych i w odległości W = 0,05D₁ od krawędzi przecięcia wzdłużnego. Do płaszcza 3, wokół otworów 3.1 są przyspawane złącza 4 doprowadzające i odprowadzające wodę, przy czym spawy 4.1 muszą być szczelne. Między płaszczem wewnętrznym 1 i płaszczem zewnętrznym 3, między złączami 4, jest umieszczone żebro 2 o długości L₁ wysokości (D₂-D₁)/2 i szerokości obwodowej zmiennej 2.1, na końcach ma szerokość S = 0,1Di, a w osi złącz 4 szerokość B = 0,05D₁ przy czym B > P. Żebro 2 na całym obwodzie, jest połączone spawam 2.2 z płaszczem 1. Żebro 2 zamyka przestrzeń między płaszczem 1 i płaszczem 3 powodując, że woda chłodząca, przepływając od złącza 4 dopływającego do złącza 4 odpływającego, obmywa płaszcz wewnętrzny 1. Zmienna szerokość obwodowa żebra 2 ułatwia ukierunkowane przepływu wody. Płaszcz zewnętrzny 3 jest umieszczony na średnicy D₂ płaszcza wewnętrznego 1 i na przyspawanym do niego żebrem 2, przy czym przerwa P pomiędzy krawędziami płaszcza 3 leży na żebrze 2, Płaszcz 3 jest, na całym obwodzie połączony spawem 3.2 z płaszczem 1 i z żebrem 2, przy czym spaw wypełnia szczelinę przecięcia P wyrównując obwód zewnętrzny kadłuba. Spawy te łączą i uszczelniają płaszcz wewnętrzny 1 oraz płaszcz zewnętrzny 3 i żebro 2, tworząc między płaszczem wewnętrznym 1 i płaszczem zewnętrznym 3 przestrzeń 7 do przepływu wody. Na rysunku fig. 1 przedstawiono kadłub z wprasowanym pakietem blach stojana 5.1 silnika wraz z uzwojeniem 5.2 oraz z zamontowanymi końcówkami 6 doprowadzenia i odprowadzenia wody. Zamiast wody może być stosowany inny płyn chłodzący. Pakiet blach stojana 5.1 przylega do płaszcza wewnętrznego 1, co wpływa korzystnie na warunki chłodzenia. W zależności od potrzeb związanych z intensywnością chłodzeniem długość osiowa L₁ przestrzeni 7 może być większa niż długość pakietu blach stojana 5.1 wówczas chłodzone są także czoła uzwojenia 5.2.

Kadłub silnika elektrycznego chłodzonego wodą, zbudowany z płaszcza wewnętrznego 1 i płaszcz zewnętrznego 3 oraz żebra 2 cechuje się prostą konstrukcją i łatwym sposobem wykonania, nie wymagających dużych dokładności technologicznych, co ma wpływ na koszty wykonania. Płaszcz zewnętrzny 3 może być zwijany z blachy lub wykonany np. z rury. Takie rozwiązanie kadłuba silnika elektrycznego można stosować do wykonania modeli badawczych, a także przy produkcji jednostk owej bądź małoseryjnej. Rezultatem tego jest prosty i stosunkowo tani do wykonania kadłub silnika elektrycznego.

Claims (3)

1. Kadłub silnika elektrycznego chłodzony wodą o długości L, średnicy zewnętrznej D i średnicy wewnętrznej d składający się z płaszcza wewnętrznego i zewnętrznego, przy czym średnica zewnętrzna płaszcza wewnętrznego, jest trójstopniowa, a między płaszczem wewnętrznym i płaszczem zewnętrznym na całej długości jest umieszczone żebro, znamienny tym, że średnica płaszcza wewnętrznego (1) na długości L₁ jest równa D₁<D, na długości (L₂-L₁) jest równa D₂>D₁ i mniejsza od D, a płaszcz zewnętrzny (3) ma długość L₂, średnicę wewnętrzną D₂ i grubość (D-D₂)/2 i na całej długości L₂ jest przecięty, ponadto z obydwóch stron przecięcia ma przyspawane podstawy złączy (4) do wody, a między złączami (4) jest umieszczone żebro (2) o długości L₁ i wysokości (D₂-D₁)/2.

2. Kadłub według zastrz. 1, znamienny tym, że żebro (2) na całym obwodzie, jest połączone spawam (2.2) z płaszczem wewnętrznym (1).

3. Kadłub według zastrz. 1, znamienny tym, że płaszcz zewnętrzny (3) jest umieszczony na średnicy D₂ płaszcza wewnętrznego (1) i obydwa płaszcze (1) i (3) oraz żebro (2) na całym obwodzie, są połączone spawam (3.2).