RU2052885C1

RU2052885C1 - End-type motor

Info

Publication number: RU2052885C1
Authority: RU
Inventors: Б.Х. Гайтов; Л.Е. Копелевич; В.Я. Письменный
Original assignee: Кубанский государственный технологический университет
Priority date: 1992-06-19
Filing date: 1992-06-19
Publication date: 1996-01-20

Abstract

FIELD: electrical engineering. SUBSTANCE: fan blades are positioned between two rotors and are made fast to tham. Apart from ventilation function thay operate as cooling ribs and equalizers of temperature potentials of rotors. EFFECT: increased cooling efficiency and operational reliability. 1 dwg

Description

Изобретение относится к электромашиностроению и может быть использовано при изготовлении одно- и трехфазных двигателей, в том числе для бытовых многопрофильных систем. The invention relates to electrical engineering and can be used in the manufacture of single and three-phase motors, including for domestic multi-discipline systems.

Известны двигатели, например, серий АО 4А, АИР (Асинхронные двигатели серии 4А. Справочник. М. Энергоатомиздат, 1982, с.502), охлаждение которых осуществляется по принципу машины с внутренней самовентиляцией. В такой конструкции машины вентилятор закреплен на валу вместе с ротором и вращение последнего приводит во вращение вентилятор. Engines are known, for example, of the AO 4A, AIR series (Asynchronous motors of the 4A series. Handbook. M. Energoatomizdat, 1982, p. 502), which are cooled according to the principle of a machine with internal self-ventilation. In this design of the machine, the fan is mounted on the shaft together with the rotor and the rotation of the latter drives the fan.

Воздух, нагнетаемый вентилятором, обдувает статор и ротор, охлаждая их поверхности. Подобная конструкция охлаждения машины обеспечивает снижение средней температуры машины, но в связи с тем, что вентилятор установлен только с одного торца машины, в основных частях машины (магнитопровод и обмотка статора, ротор) возникают градиенты температуры, что приводит к перегреву основных частей машины в отдельных точках. Air pumped by the fan blows around the stator and rotor, cooling their surfaces. Such a design of the cooling machine reduces the average temperature of the machine, but due to the fact that the fan is installed from only one end of the machine, temperature gradients occur in the main parts of the machine (magnetic circuit and stator winding, rotor), which leads to overheating of the main parts of the machine in separate points.

Кроме того, при использовании двигателей общепромышленного исполнения самой нагретой областью являются лобовые части обмоток. Охлаждение этих нагретых областей происходит за счет конвективного теплообмена между обмотками двигателя и движущимся относительно их в аксиальном направлении и по образующей окружности воздухом, нагнетаемым вентилятором. In addition, when using common industrial engines, the warmest area is the frontal parts of the windings. The cooling of these heated areas occurs due to convective heat transfer between the motor windings and the axial moving relative to them in the circumferential direction air circulated by the fan.

В случае использования асинхронного двигателя с массивным ротором, когда самой нагретой областью (ротором) и воздухом незначителен, так как вентилятор, насаженный на вал ротора, и ротор вращаются с одинаковой угловой скоростью. Из-за разной температуры основных узлов машины (ротор обмотка и магнитопровод статора) в аксиальном направлении возникают градиенты температуры, что отрицательно сказывается на электромагнитных нагрузках и, как следствие, ухудшаются рабочие и энергетические характеристики машины. In the case of using an induction motor with a massive rotor, when the most heated area (rotor) and air are insignificant, since the fan mounted on the rotor shaft and the rotor rotate at the same angular speed. Due to the different temperatures of the main components of the machine (rotor winding and stator magnetic circuit), temperature gradients occur in the axial direction, which negatively affects electromagnetic loads and, as a result, the operating and energy characteristics of the machine are deteriorated.

Часто в практике с учетом условий компановки встречаются одно- и двухстаторные торцовые (плоские) двигатели ( к примеру, двигатели серии АДПО, (Игнатов В.А. Вильданов К.Я. Торцовые асинхронные электродвигатели интегрального изготовления, М.Энергоатомиздат, 1988, с,301), принятые за прототип. В таких двигателях на валу со стороны нерабочих торцовых поверхностей статоров расположены два вентилятора охлаждения. Вращаясь, они нагнетают с двух сторон воздух. Often, in practice, taking into account the conditions of the arrangement, one- and two-stator front (flat) motors (for example, ADPO series engines, (Ignatov V.A. Vildanov K.Ya. End-face induction electric motors of integral manufacture, M. Energoatomizdat, 1988, p. 301), adopted for the prototype.In such engines, two cooling fans are located on the shaft from the side of the inactive end surfaces of the stators.Rotating, they pump air from both sides.

При такой конструкции двигателя хладагент проходит в полом пространстве статора (между внутренним диаметром статора и валом), в котором и вращается вал двигателя, и через вентиляционные отверстия в роторе. Применение такой конструкции охлаждения, в том числе и в двигателе с массивным ротором-диском, позволяет снизить среднюю температуру основных частей машины. В то же время подобная конструкция имеет ряд недостатков. With this design of the engine, the refrigerant flows in the hollow space of the stator (between the inner diameter of the stator and the shaft), in which the motor shaft rotates, and through the ventilation holes in the rotor. The use of such a cooling design, including in an engine with a massive rotor-disk, can reduce the average temperature of the main parts of the machine. At the same time, such a design has several disadvantages.

При выполнении двигателя в двухстаторном варианте, когда вращение на общий вал передается от двух роторов, необходимо, чтобы эти роторы вращались синхронно. В связи с тем, что из-за некоторых конструктивных или технологических допусков роторы могут иметь разные температуры, оказывающие влияние на их теплотехнические параметры и, как следствие, на их электромагнитные параметры и, как следствие, на режим работы каждой пары статор-ротор, угловые скорости вращения роторов могут отличаться, что крайне недопустимо, т.е. кроме обеспечения чисто механической инвариантности двух пар статор-ротор указанная конструкция не обеспечивает равенство температур роторов-дисков. When the engine is in the two-stator version, when the rotation on the common shaft is transmitted from two rotors, it is necessary that these rotors rotate synchronously. Due to the fact that, due to some design or technological tolerances, rotors can have different temperatures that affect their thermotechnical parameters and, as a result, their electromagnetic parameters and, as a result, the operation mode of each stator-rotor pair, angular rotor speeds may vary, which is extremely unacceptable, i.e. in addition to ensuring the purely mechanical invariance of the two stator-rotor pairs, this design does not ensure equal temperatures of the rotor disks.

Кроме того, не предусмотрены конструктивные решения, позволяющие снизить среднюю температуру роторов и обеспечить равномерность их нагрева, что, в конечном итоге, должно привести к увеличению жесткости механической характеристики из-за понижения активного сопротивления ротора-диска. Расположение в одном двигателе двух вентиляторов приводит к повышению массогабаритных и стоимостных показателей машины и к увеличению механических потерь (потери на вентиляцию). In addition, there are no design solutions that can reduce the average temperature of the rotors and ensure uniform heating, which, ultimately, should lead to an increase in the rigidity of the mechanical characteristic due to a decrease in the active resistance of the rotor-disk. The location of two fans in one engine leads to an increase in the overall dimensions and cost parameters of the machine and to an increase in mechanical losses (ventilation losses).

Указанных недостатков лишен двигатель, у которого вентиляторы, как таковые, отсутствуют, а два ротора-диска со стороны нерабочих торцовых поверхностей соединены лопастями, которые одновременно выполняют функции лопастей вентилятора, охлаждающих ребер (за счет развития поверхностей ротора), стержней, обеспечивающих выравнивание температур роторов-дисков и их дополнительную механическую связь. The indicated drawbacks are deprived of an engine in which there are no fans as such, and two rotor disks on the side of non-working end surfaces are connected by blades, which simultaneously serve as fan blades, cooling fins (due to the development of the rotor surfaces), rods that ensure equalization of rotor temperatures -discs and their additional mechanical connection.

На чертеже изображен двухстаторный двигатель. The drawing shows a two-stator engine.

Он содержит корпус 1 с входными 2 и выходными 3 вентиляционными каналами. На корпусе 1 укреплены два статора 4 торцового типа с обмотками 5. На валу 6, закрепленном в подшипниковых узлах 7, установлены роторы-диски 8, скрепленные вентиляционными лопатками-лопастями 9. Между роторами-дисками 8 и статорами 4 находятся рабочие воздушные зазоры 10. Стрелками показано движение охлаждающего воздуха в двигателе. It contains a housing 1 with input 2 and output 3 ventilation ducts. On the housing 1, two end-face stators 4 with windings are fixed 5. On the shaft 6, mounted in the bearing assemblies 7, rotor discs 8 are mounted, fastened by ventilation blades-blades 9. Between the rotor discs 8 and the stators 4 there are working air gaps 10. The arrows indicate the movement of cooling air in the engine.

Толщина роторов-дисков больше глубины проникновения электромагнитной волны. Такая особенность конструкции обеспечивает невлияние лопастей-стержней на картину поля в роторе, оставаясь тем не менее дополнительной и весьма развитой поверхностью охлаждения роторов, обеспечивая выравнивание теплового потенциала между двумя роторами-дисками. The thickness of the rotor discs is greater than the depth of penetration of the electromagnetic wave. This design feature ensures that the blades-rods are not affected by the field pattern in the rotor, but nevertheless remain an additional and highly developed cooling surface of the rotors, ensuring equalization of the thermal potential between the two rotor disks.

Предложенная конструкция работает следующим образом. The proposed design works as follows.

На обмотки 5 статоров 4 подается трехфазное или однофазное (с применением конденсатора) напряжение, что создает вращающиеся магнитные поля. Причем обмотки 5 статоров 4 подключены так, чтобы магнитные поля вращались встречно, что при зеркальном расположении статоров фактически обеспечивает их вращение в одну сторону. Вращающиеся поля в статорах наводят (каждый в своем) в роторах-дисках 8 вихревые токи. Взаимодействие вихревых токов роторов 8 с вращающимися магнитными полями своих статоров 4 создает вращающиеся моменты, которые передаются на общий вал 6, закрепленный в подшипниковых узлах 7. Three-phase or single-phase (using a capacitor) voltage is supplied to the windings of 5 stators 4, which creates rotating magnetic fields. Moreover, the windings 5 of the stators 4 are connected so that the magnetic fields rotate counterclockwise, which, when the stators are arranged in a mirror, actually ensures their rotation in one direction. Rotating fields in the stators induce (each in his own) eddy currents in the rotor disks 8. The interaction of the eddy currents of the rotors 8 with the rotating magnetic fields of their stators 4 creates rotating moments that are transmitted to the common shaft 6, mounted in the bearing units 7.

Вращающаяся конструкция, включающая в себя такие основные детали, как два диска-ротора и лопасти-стержни, расположенные со стороны торцовых нерабочих поверхностей дисков, фактически представляет собой центробежный вентилятор. Вращаясь, такой вентилятор обеспечивает движение воздуха, как показано стрелками, охлаждая конструкции двигателя, что исключает необходимость установки дополнительных вентиляторов на валу. The rotating structure, which includes such basic parts as two rotor disks and rod blades located on the side of the non-working surfaces of the disks, is actually a centrifugal fan. Rotating, such a fan provides air movement, as shown by arrows, cooling the engine structure, which eliminates the need to install additional fans on the shaft.

Кроме того, лопасти-ребра 9 увеличивают дополнительную поверхность охлаждения дисков-роторов, обеспечивают механический контакт во многих точках между двумя дисками, что обеспечивает выравнивание тепловых потенциалов роторов и, как следствие, в конечном итоге, инвариантность электромагнитных нагрузок и механических характеристик двух частей двигателя. In addition, the fins-ribs 9 increase the additional cooling surface of the rotor disks, provide mechanical contact at many points between the two disks, which ensures equalization of the thermal potentials of the rotors and, as a result, ultimately the invariance of electromagnetic loads and mechanical characteristics of the two parts of the engine.

Ребристая торцовая поверхность роторов-дисков, не обращенная к своему статору, (нерабочая поверхность) не участвует в формировании магнитного поля, так как ребра-лопасти находятся за зоной проникновения электромагнитной волны. The ribbed end surface of the rotor discs, not facing its stator (non-working surface) does not participate in the formation of the magnetic field, since the ribs of the blade are located beyond the zone of penetration of the electromagnetic wave.

Вышеописанная конструкция двигателя может применяться и в одностаторном исполнении, что позволяет обходиться без дополнительного вентилятора на валу. Вышеописанная конструкция двигателя позволяет уменьшить массогабаритные и стоимостные показатели, снизить установленную мощность двигателя, так как уменьшаются механические потери в двигателе, обеспечивает равномерное вращение двигателя, выравнивает условия работы каждого из двух частей двухстаторного двигателя. The above engine design can be used in a single-stator design, which allows you to do without an additional fan on the shaft. The above-described engine design allows to reduce weight and size and cost indicators, to reduce the installed engine power, as mechanical losses in the engine are reduced, ensures uniform rotation of the engine, evens out the working conditions of each of the two parts of the two-engine engine.

Отличительные признаки предложенной конструкции. Лопасти вентилятора расположены между двумя роторами-дисками, заменяя два насаженных на вал двигателя вентилятора. Лопасти вентилятора выполняют одновременно функции лопастей вентилятора как такового и функции дополнительного оребрения дисков, увеличивая тем самым поверхность охлаждения, т.е. используются лопасти по новому назначению. Лопасти вентилятора выполняют также функции выравнивателей тепловых потенциалов роторов-дисков (новое назначение), что обеспечивает инвариантность электромагнитных и электромеханических параметров двух частей машины. Distinctive features of the proposed design. The fan blades are located between two rotor disks, replacing two fans mounted on the shaft of the fan motor. The fan blades simultaneously perform the functions of the fan blades per se and the functions of additional ribbing of the disks, thereby increasing the cooling surface, i.e. blades are used for a new purpose. The fan blades also perform the functions of equalizing the thermal potentials of rotors-disks (new purpose), which ensures the invariance of the electromagnetic and electromechanical parameters of the two parts of the machine.

Claims

END ENGINE, comprising a housing, a shaft, two cores facing each other, between which ventilation ducts are formed, and ribs located on the surfaces of these cores facing each other, characterized in that said cores are fixed to the shaft and the ribs are made in the form of blades and with the connection of the surfaces of the cores.