RU213326U1 - Dust and moisture-proof electric motor for sea-based unmanned complex - Google Patents

Dust and moisture-proof electric motor for sea-based unmanned complex Download PDF

Info

Publication number
RU213326U1
RU213326U1 RU2022103023U RU2022103023U RU213326U1 RU 213326 U1 RU213326 U1 RU 213326U1 RU 2022103023 U RU2022103023 U RU 2022103023U RU 2022103023 U RU2022103023 U RU 2022103023U RU 213326 U1 RU213326 U1 RU 213326U1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
housing
electric motor
motor
cover
shaft
Prior art date
Application number
RU2022103023U
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Вячеслав Константинович Барбасов
Василий Васильевич Омелько
Адель Марсилевич Халиуллин
Роман Олегович Черницкий
Original Assignee
Общество с ограниченной ответственностью "СЪЕМКА С ВОЗДУХА"
Filing date
Publication date
Application filed by Общество с ограниченной ответственностью "СЪЕМКА С ВОЗДУХА" filed Critical Общество с ограниченной ответственностью "СЪЕМКА С ВОЗДУХА"
Application granted granted Critical
Publication of RU213326U1 publication Critical patent/RU213326U1/en

Links

Images

Abstract

Полезная модель относится к области электротехники, а именно к электрическим машинам, и может быть использована в качестве двигателей летательных аппаратов, в частности в качестве двигателей летательных аппаратов мультироторного типа морского базирования, предназначенного для проведения поисковых, спасательных, измерительных и других задач в водоемах с пресной и соленой водой. Пылевлагозащищенный электродвигатель для беспилотного комплекса морского базирования содержит корпус, уставленный внутри корпуса статор и установленный в корпусе на подшипниках с возможностью осевого вращения ротор электродвигателя. При этом ротор электродвигателя соединен посредством шпонки с валом. Корпус со стороны вала герметично закрыт крышкой. В крышке выполнен фланец, внутри которого установлены два маслостойких сальника, закрытые, в свою очередь, крышкой фиксации сальников. Наружная поверхность корпуса двигателя выполнена с продольными ребрами охлаждения, расположенными по потоку. Использование заявленного технического решения позволяет обеспечить охлаждение двигателя при сохранении его герметичности. 6 з.п. ф-лы, 12 ил.

Figure 00000005
The utility model relates to the field of electrical engineering, namely to electrical machines, and can be used as aircraft engines, in particular as engines of sea-based multi-rotor aircraft designed for search, rescue, measuring and other tasks in fresh water bodies. and salt water. SUBSTANCE: dust-and-moisture-proof electric motor for sea-based unmanned complex contains a housing, a stator installed inside the housing and a rotor of the electric motor installed in the housing on bearings with the possibility of axial rotation. In this case, the rotor of the electric motor is connected by means of a key to the shaft. The housing is hermetically sealed from the side of the shaft by a cover. A flange is made in the cover, inside of which two oil-resistant seals are installed, closed, in turn, by a seal fixing cover. The outer surface of the engine housing is made with longitudinal cooling fins located downstream. The use of the claimed technical solution makes it possible to provide engine cooling while maintaining its tightness. 6 w.p. f-ly, 12 ill.
Figure 00000005

Description

Область техники, к которой относится полезная модельField of technology to which the utility model belongs

Полезная модель относится к области электротехники, а именно к электрическим машинам, и может быть использована в качестве двигателей летательных аппаратов, в частности в качестве двигателей летательных аппаратов мультироторного типа морского базирования, предназначенного для проведения поисковых, спасательных, измерительных и других задач в водоемах с пресной и соленой водой.The utility model relates to the field of electrical engineering, namely to electric machines, and can be used as aircraft engines, in particular as engines of sea-based multi-rotor aircraft designed for search, rescue, measuring and other tasks in freshwater reservoirs. and salt water.

Уровень техникиState of the art

Из уровня техники известен корпус двигателя (ЕР 0048213, опубл. 06.02.1985). Корпус двигателя в виде трубчатой рубашки (3), собранной в поперечном сечении как минимум из двух частей оболочки (4, 5), окружающих статор (1), с внешней стороны (8) которых радиальные ребра оболочки (9, 19) выступают, в то время как смежные кромки частей оболочки и они удерживаются на статоре соединительными элементами (6), отличающимися тем, что по меньшей мере одна кромка части оболочки (4 или 5) образована поперечно секция крючком с носовой полосой (12), направленной от оси (М) куртки, и эта носовая полоса вставляется в канал (11) соседней части оболочки (5 или 4), при этом на внутренней стороне куртки радиальные ребра (10), опирающиеся на статор, связаны с радиальными ребрами (9, 19).The engine housing is known from the prior art (EP 0048213, publ. 06.02.1985). Motor housing in the form of a tubular jacket (3), assembled in cross section from at least two parts of the shell (4, 5) surrounding the stator (1), on the outer side (8) of which the radial ribs of the shell (9, 19) protrude, into while the adjacent edges of the shell parts and they are held on the stator by connecting elements (6), characterized in that at least one edge of the shell part (4 or 5) is formed transversely by a hook section with a nose strip (12) directed away from the axis (M ) of the jacket, and this nose strip is inserted into the channel (11) of the adjacent part of the shell (5 or 4), while on the inside of the jacket, the radial ribs (10) resting on the stator are connected to the radial ribs (9, 19).

Данное техническое решение подходит для моторов с внутренним ротором (inrunner). Ребра на внутренней стороне охлаждающей рубашки сокращают пятно контакта передачи тепла со статором. В зоне стыка частей оболочки затруднена передача тепла. Рубашки выполнены из экструдированного профиля и не образуют герметичный корпус, а служат только для дополнительного охлаждения.This technical solution is suitable for motors with an internal rotor (inrunner). Ribs on the inside of the cooling jacket reduce the heat transfer contact patch on the stator. Heat transfer is difficult in the joint area of the shell parts. The jackets are made of an extruded profile and do not form a hermetic casing, but serve only for additional cooling.

Также из уровня техники известен универсальный охлаждающий кожух для электродвигателя (US 98755474, опубл. 05.09.2017). Корпус содержит внутреннюю поверхность, выполненную с возможностью сопряжения в центральной части с многослойным магнитным пакетом электрического устройства; внешняя поверхность, содержащая в центральной части охлаждающие ребра, причем каждое охлаждающее ребро проходит в направлении радиально наружу и обычно перпендикулярно оси вращения вала, и закрывающую пластину, имеющую впускное отверстие, принимающее жидкое охлаждение от впускного коллектора, и выпускное отверстие, подающее жидкостное охлаждение в выпускной коллектор, при этом охлаждающие ребра альтернативно расположены выше и меньше вблизи впускного коллектора и напротив, все меньше и выше, вблизи выпускного коллектора, причем охлаждающие ребра пространственно расположены вдоль оси вращения вала, при этом все верхние охлаждающие ребра имеют одинаковую высоту, при этом крышка опирается на верхние ребра охлаждения и поддерживается ими, при этом крышка и охлаждающие ребра создают путь жидкостного охлаждения между чередующимися более высокими охлаждающими ребрами и меньшими охлаждающими ребрами от входного отверстия к выходному отверстию, причем путь жидкостного охлаждения проходит через жидкостное охлаждение от первого из охлаждающих ребер, в путь, образованный между чередующимися охлаждающими ребрами по длине оси вращения к последнему из охлаждающих ребер.Also known from the prior art is a universal cooling jacket for an electric motor (US 98755474, publ. 09/05/2017). The body contains an inner surface configured to interface in the central part with a multilayer magnetic package of the electrical device; an outer surface comprising, in a central portion, cooling fins, each cooling fin extending in a radially outward direction and generally perpendicular to the axis of rotation of the shaft, and a cover plate having an inlet receiving liquid cooling from the intake manifold and an outlet opening supplying liquid cooling to the exhaust manifold, while the cooling fins are alternatively located higher and smaller near the intake manifold, and vice versa, progressively smaller and higher, near the exhaust manifold, the cooling fins being spatially located along the axis of rotation of the shaft, with all upper cooling fins having the same height, while the cover is supported onto and supported by the upper cooling fins, wherein the cover and cooling fins create a liquid cooling path between alternating higher cooling fins and smaller cooling fins from the inlet to the outlet, the liquid cooling path extending through liquid cooling from the first of the cooling fins, in a path formed between alternating cooling fins along the length of the rotation axis to the last of the cooling fins.

Данное техническое решение используется с жидкостным охлаждением, что влечет за собой увеличение массы за счет введения в систему радиатора, охлаждающей жидкости и насоса. Снижается надежность системы в связи появлением дополнительным элементов.This technical solution is used with liquid cooling, which entails an increase in mass due to the introduction of a radiator, coolant and pump into the system. The reliability of the system decreases due to the appearance of additional elements.

Также из уровня техники известен электродвигатель с поверхностным охлаждением (DE 2406014 А1, опубл. 14.08.1976). Статор электродвигателя с поверхностным охлаждением находится в тепловом контакте с корпусом. Корпус имеет внешние радиальные охлаждающие ребра.Also known from the prior art is an electric motor with surface cooling (DE 2406014 A1, publ. 08/14/1976). The stator of a surface-cooled motor is in thermal contact with the housing. The housing has external radial cooling fins.

В данном техническом решении используется пассивное охлаждение ребер корпуса без активного обдува.This technical solution uses passive cooling of the body fins without active airflow.

Сущность полезной моделиThe essence of the utility model

Задачей, решаемой заявленным техническим решением, является решение проблемы перегрева мотора в полностью герметичной среде, благодаря плотной посадке статора двигателя на радиаторный корпус.The task solved by the claimed technical solution is to solve the problem of motor overheating in a completely sealed environment, due to the tight fit of the motor stator on the radiator housing.

Техническим результатом заявленного технического решения является улучшение охлаждения двигателя при сохранении его герметичности.The technical result of the claimed technical solution is to improve engine cooling while maintaining its tightness.

Технический результат заявленного технического решения достигается за счет того, что пылевлагозащищенный электродвигатель для беспилотного комплекса морского базирования включает корпус, уставленный внутри корпуса статор и установленный в корпусе на подшипниках с возможностью осевого вращения ротор электродвигателя, при этом ротор электродвигателя соединен посредством шпонки с валом, а корпус со стороны вала герметично закрыт крышкой, при этом в крышке выполнен фланец, внутри которого установлены два маслостойких сальника, закрытые, в свою очередь, крышкой фиксации сальников, при этом наружная поверхность корпуса двигателя выполнена с продольными ребрами охлаждения, выполненными по высоте равными корпусу и расположенными по потоку воздуха от лопастей вентилятора, размещенного на валу электродвигателя.The technical result of the claimed technical solution is achieved due to the fact that the dust and moisture-proof electric motor for an unmanned sea-based complex includes a housing, a stator installed inside the housing and an electric motor rotor mounted in the housing on bearings with the possibility of axial rotation, while the motor rotor is connected by means of a key to the shaft, and the housing from the side of the shaft it is hermetically sealed with a cover, while the flange is made in the cover, inside which two oil-resistant seals are installed, closed, in turn, by a seal fixing cover, while the outer surface of the motor housing is made with longitudinal cooling ribs, made equal in height to the housing and located along the air flow from the fan blades located on the motor shaft.

В частном случае реализации заявленного технического решения корпус электродвигателя выполнен из алюминиевого сплава.In a particular case of implementation of the claimed technical solution, the motor housing is made of aluminum alloy.

В частном случае реализации заявленного технического решения крышка фиксации сальников выполнена листа алюминия толщиной 2 мм.In a particular case of the implementation of the claimed technical solution, the gland fixing cover is made of aluminum sheet 2 mm thick.

В частном случае реализации заявленного технического решения вал электродвигателя выполнен из нержавеющей стали.In a particular case of implementation of the claimed technical solution, the motor shaft is made of stainless steel.

В частном случае реализации заявленного технического решения статор электродвигателя установлен внутри корпуса при помощи тепловой посадки с применением теплопроводящего компаунда.In a particular case of the implementation of the claimed technical solution, the motor stator is installed inside the housing by means of a thermal fit using a heat-conducting compound.

В частном случае реализации заявленного технического решения крышка корпуса электродвигателя выполнена из алюминиевого сплава.In a particular case of the implementation of the claimed technical solution, the motor housing cover is made of aluminum alloy.

В частном случае реализации заявленного технического решения крышка корпуса электродвигателя зафиксирована на упомянутом корпусе посредством винтов с применением анаэробного фиксатора резьбы.In a particular case of implementation of the claimed technical solution, the cover of the electric motor housing is fixed on the said housing by means of screws using an anaerobic thread locker.

Краткое описание чертежейBrief description of the drawings

Детали, признаки, а также преимущества настоящей полезной модели следуют из нижеследующего описания вариантов реализации заявленного технического решения с использованием чертежей, на которых показано:Details, features, and advantages of this utility model follow from the following description of the embodiments of the claimed technical solution using the drawings, which show:

Фиг. 1 - мотоустановка, вид в разрезе;Fig. 1 - motor installation, sectional view;

Фиг. 2 - статор;Fig. 2 - stator;

Фиг. 3 - обмотка статора;Fig. 3 - stator winding;

Фиг. 4 - корпус двигателя;Fig. 4 - engine housing;

Фиг. 5 - крышка корпуса двигателя;Fig. 5 - engine housing cover;

Фиг. 6 - вал двигателя;Fig. 6 - motor shaft;

Фиг. 7 - конкретный пример реализации заявленного технического решения. Двигатель 1100 Вт, 60 ребер;Fig. 7 - a specific example of the implementation of the claimed technical solution. Motor 1100W, 60 fins;

Фиг. 8 - конкретный пример реализации заявленного технического решения. Двигатель 1100 Вт, 44 ребра;Fig. 8 - a specific example of the implementation of the claimed technical solution. Motor 1100 W, 44 fins;

Фиг. 9 - конкретный пример реализации заявленного технического решения. Двигатель 1100 Вт, 30 ребер;Fig. 9 - a specific example of the implementation of the claimed technical solution. Motor 1100W, 30 fins;

Фиг. 10 - конкретный пример реализации заявленного технического решения. Двигатель 1100 Вт, 20 ребер;Fig. 10 - a specific example of the implementation of the claimed technical solution. Motor 1100W, 20 fins;

Фиг. 11 - конкретный пример реализации заявленного технического решения. Двигатель 1100 Вт, без ребер;Fig. 11 - a specific example of the implementation of the claimed technical solution. Motor 1100W, no fins;

Фиг. 12 - конкретный пример реализации заявленного технического решения. Двигатель 1700 Вт, 60 ребер.Fig. 12 - a specific example of the implementation of the claimed technical solution. Motor 1700 W, 60 fins.

На фигурах цифрами обозначены следующие позиции:The figures indicate the following positions:

1 - корпус; 2 - статор; 3 - ротор; 4 - вал; 5 - шпонка; 6 - сальник; 7 - крышка; 8 - крышка фиксации сальников; 9 - подшипники.1 - body; 2 - stator; 3 - rotor; 4 - shaft; 5 - key; 6 - stuffing box; 7 - cover; 8 - seal fixing cover; 9 - bearings.

Раскрытие полезной моделиUtility Model Disclosure

Пылевлагозащищенный электродвигатель для беспилотного летательного аппарата включает алюминиевый корпус (1), выполняющий функцию радиатора, уставленный внутри корпуса (1) мотоустановки статор (2) электродвигателя и установленный в корпусе (1) на подшипниках (9) с возможностью осевого вращения ротор (3) электродвигателя.A dust and moisture-proof electric motor for an unmanned aerial vehicle includes an aluminum housing (1) that acts as a radiator, a stator (2) of the electric motor installed inside the housing (1) of the power plant and a rotor (3) of the electric motor installed in the housing (1) on bearings (9) with the possibility of axial rotation .

Ротор (3) электродвигателя соединен посредством шпонки (5) с валом (4).The rotor (3) of the electric motor is connected by means of a key (5) to the shaft (4).

Корпус (1) со стороны вала (4) герметично закрыт крышкой (7). При этом в крышке (7) выполнено отверстие под упомянутый вал (4) и выполнен фланец, внутри которого установлены два маслостойких сальника (6), обеспечивающие герметичность выхода вала (4) через крышку (7), закрытые в свою очередь крышкой (8) фиксации сальников.The housing (1) on the side of the shaft (4) is hermetically sealed with a cover (7). At the same time, a hole is made in the cover (7) for the mentioned shaft (4) and a flange is made, inside which two oil-resistant seals (6) are installed, ensuring the tightness of the shaft (4) exit through the cover (7), closed in turn by the cover (8) seal fixings.

При этом вал (4) электродвигателя изготовлен из нержавеющей стали марки AISI 304.In this case, the shaft (4) of the electric motor is made of AISI 304 stainless steel.

Крышка (7) корпуса (1) электродвигателя изготовлена из алюминиевого сплава марки д16т, обеспечивает герметичное соединение с корпусом (1) электродвигателя и удержание двух маслостойких сальников (6).The cover (7) of the body (1) of the electric motor is made of aluminum alloy grade d16t, provides a tight connection with the body (1) of the electric motor and retains two oil-resistant seals (6).

Фиксация крышки (7) корпуса (1) мотоустановки осуществляется при помощи 11 винтов м2х6 DIN 912 с применением анаэробного фиксатора резьбы. Фиг. 5 (для наглядности крышка представлена в разрезе).Fixing the cover (7) of the body (1) of the motor unit is carried out using 11 screws m2x6 DIN 912 using an anaerobic thread lock. Fig. 5 (for clarity, the cover is shown in section).

Крышка фиксации сальников мотоустановки изготовлена из 2 мм листа алюминия марки д16т. Должна обеспечивать герметичность сборки мотоустановки и фиксироваться шестью винтам м2х6 DIN 7991.The cover for fixing the oil seals of the motor unit is made of 2 mm sheet of aluminum grade d16t. It must ensure the tightness of the assembly of the power plant and be fixed with six screws m2x6 DIN 7991.

Статор двигателя установлен внутри корпуса при помощи тепловой посадки с применением теплопроводящего компаунда.The motor stator is installed inside the housing by heat fit using a heat-conducting compound.

Корпус двигателя исполняет роль радиатора охлаждения статора и подшипникового узла крепления ротора двигателя. Корпус двигателя изготавливается из алюминиевого сплава марки д16т. Корпус двигателя исполняет роль радиатора охлаждения статора и подшипникового узла крепления ротора двигателя. Фиг 4.The motor housing acts as a stator cooling radiator and a bearing assembly for the motor rotor. The engine housing is made of aluminum alloy grade d16t. The motor housing acts as a stator cooling radiator and a bearing assembly for the motor rotor. Fig 4.

Корпус двигателя выполнен с продольными ребрами охлаждения, выполненными по высоте равными корпусу с подобранным в зависимости от мощности и тепловыделения количеством, расположенными по набегающему потоку воздуха от лопастей вентилятора, размещенного на валу электродвигателя, то есть ребра расположены на наружной поверхности цилиндрического корпуса параллельно валу двигателя.The engine housing is made with longitudinal cooling ribs made equal in height to the housing with an amount selected depending on the power and heat dissipation, located along the incoming air flow from the fan blades located on the motor shaft, i.e. the ribs are located on the outer surface of the cylindrical housing parallel to the motor shaft.

Воздушный винт нагнетает воздух на корпус электромотора, охлаждая его. При герметизации мотора в защитный стакан ухудшается теплообмен с внешней средой, что приводит к перегреву мотора и выходу его из строя. Для улучшения теплообмена и охлаждения двигателя и выполнены упомянутые ребра. Высота ребер ограничивается высотой корпуса мотора.The propeller blows air onto the motor housing, cooling it. When the motor is sealed in a protective glass, heat exchange with the external environment worsens, which leads to overheating of the motor and its failure. To improve heat transfer and cooling of the engine, the said ribs are made. The height of the ribs is limited by the height of the motor housing.

Ниже приведены конкретные примеры реализации заявленного технического решения:The following are specific examples of the implementation of the claimed technical solution:

В рамках решения перегрева герметизированного двигателя, произведен числовой термический расчет, с графической симуляцией распределения тепла по корпусу двигателя. Тем самым итерационно была найдена наиболее подходящая конструкция корпуса двигателя, с продольными ребрами охлаждения, расположенными по потоку.As part of the overheating solution for a sealed motor, a numerical thermal calculation was made, with a graphical simulation of the heat distribution over the motor housing. Thus, iteratively found the most suitable design of the engine housing, with longitudinal cooling fins located downstream.

Бесколлекторный двигатель в составе винтомоторной группы БПЛА обеспечивает вращение пропеллера, создавая силу тяги. Потребная мощность мотора для создания тяги 6,5 кгс в паре с пропеллером 30'×10.5' составляет 746 Вт, при этом максимальная тяга, необходимая для надежного управления аппаратом массой 25 кг, может достигать 9 кгс, потребляемая мощность при этом составит 1100 Вт. Определяющими факторами для определения размеров ребер и их числа являются: габариты двигателя, обеспечивающего необходимую тягу; скорость движения воздуха через ребра радиатора; максимально допустимая рабочая температура двигателя; тепловая мощность двигателя.The brushless motor as part of the propeller group of the UAV ensures the rotation of the propeller, creating a thrust force. The required motor power to create a thrust of 6.5 kgf paired with a 30' × 10.5' propeller is 746 W, while the maximum thrust required to reliably control a 25 kg vehicle can reach 9 kgf, the power consumption will be 1100 W. The determining factors for determining the size of the ribs and their number are: the dimensions of the engine that provides the necessary thrust; the speed of air movement through the radiator fins; maximum allowable engine operating temperature; thermal power of the engine.

Теплоотвод возможно осуществлять, разместив ребра радиатора на цилиндрическую поверхность корпуса двигателя. Благодаря этому нагнетаемый пропеллером воздух проходит через ребра, обеспечивая принудительное охлаждение. Высота ребер ограничивается высотой корпуса мотора. В 3D модели задается длина и количество ребер, производится тепловой расчет, по результатам анализа которого производится корректировка модели. Рассмотрим варианты оребрения в диапазоне от 20 до 60 ребер.Heat removal can be carried out by placing the radiator fins on the cylindrical surface of the engine housing. Due to this, the air forced by the propeller passes through the fins, providing forced cooling. The height of the ribs is limited by the height of the motor housing. In the 3D model, the length and number of ribs are specified, a thermal calculation is performed, and the model is corrected based on the results of the analysis. Consider finning options in the range from 20 to 60 ribs.

Граничными условиями для определения параметров ребер является максимальная температура, при которой происходят необратимые изменения свойств магнитов электродвигателя, и массово-габаритные характеристики мотора, которые зависят от размеров и числа ребер. Таким образом необходимо определить минимально возможное количество ребер и их длину, обеспечивающих постоянную температуру двигателя менее 120°С при температуре окружающей среды 30°С.The boundary conditions for determining the parameters of the ribs are the maximum temperature at which irreversible changes in the properties of the magnets of the electric motor occur, and the mass-dimensional characteristics of the motor, which depend on the size and number of ribs. Thus, it is necessary to determine the minimum possible number of ribs and their length, providing a constant engine temperature of less than 120°C at an ambient temperature of 30°C.

Входными параметрами для расчета являются тепловая мощность двигателя и коэффициент конвективной теплопередачи.The input parameters for the calculation are the thermal power of the motor and the coefficient of convective heat transfer.

Исходными данными для расчета являются:The initial data for the calculation are:

λ - коэффициент теплопроводности теплоносителя, 0.0259 Вт/(м⋅К);λ - coefficient of thermal conductivity of the coolant, 0.0259 W/(m⋅K);

ν - кинематический коэффициент вязкости, 1.51⋅10-5 м2/с;ν - kinematic coefficient of viscosity, 1.51⋅10 -5 m 2 /s;

L - характерный размер, 43⋅10-3 м (длина стенки вдоль тока теплоносителя).L - characteristic size, 43⋅10 -3 m (wall length along the coolant flow).

F - сила тяги пропеллера, 89 Н;F - thrust force of the propeller, 89 N;

ρ - плотность воздуха, 1.205 кг/м3;ρ - air density, 1.205 kg / m 3 ;

S - площадь диска пропеллера, 0.265 м2.S is the area of the propeller disk, 0.265 m2 .

PH - номинальная мощность мотора, 1100 Вт;P H - rated motor power, 1100 W;

η - КПД мотора, 0.85;η - motor efficiency, 0.85;

kзагр - коэффициент загрузки мотора, 1;k load - motor load factor, 1;

l - длина ребра, 20 мм.l - rib length, 20 mm.

Определим скорость движения теплоносителя по формуле (3):Let us determine the speed of movement of the coolant according to the formula (3):

Figure 00000001
Figure 00000001

Далее вычислим число Рейнольдса для определения типа течения теплоносителя (ламинарный Re<100000 или турбулентный Re>100000):Next, we calculate the Reynolds number to determine the type of coolant flow (laminar Re<100000 or turbulent Re>100000):

Figure 00000002
Figure 00000002

Для определения числа Нуссельта воспользуемся формулой (5) для ламинарного течения теплоносителя:To determine the Nusselt number, we use formula (5) for the laminar flow of the coolant:

Nu=0.66 (3.37⋅104)0.5=1.21⋅102 Nu=0.66 (3.37⋅10 4 ) 0.5 =1.21⋅10 2

Подставим полученное значение в (1) для вычисления коэффициента конвективной теплопередачи:Let us substitute the obtained value into (1) to calculate the convective heat transfer coefficient:

Figure 00000003
Figure 00000003

Занесем полученное значение в качестве исходных данных в термический расчет в среде Simulation для задания параметров конвекции.Let's enter the obtained value as the initial data in the thermal calculation in the Simulation environment to set the convection parameters.

Определим тепловую мощность мотора, используя формулу (6)We determine the thermal power of the motor using formula (6)

Figure 00000004
Figure 00000004

Занесем полученное значение в качестве исходных данных в термический расчет в среде Simulation для задания параметров тепловыделения двигателя.Let's enter the obtained value as initial data in the thermal calculation in the Simulation environment to set the engine heat release parameters.

После ввода входных параметров произведем расчет и проанализируем результат.After entering the input parameters, we will calculate and analyze the result.

Результат представлен на Фиг. 7-11, на которых приведены примеры реализации, а именно:The result is shown in Fig. 7-11, which show examples of implementation, namely:

на Фиг. 7 представлен двигатель мощностью 1100 Вт, с тепловой мощностью 194 Вт тепла, корпус данного двигателя выполнен с 60 ребрами, масса корпуса статора 526 г.in FIG. 7 shows a motor with a power of 1100 W, with a thermal power of 194 W of heat, the housing of this motor is made with 60 ribs, the mass of the stator housing is 526 g.

На Фиг. 8 представлен двигатель мощностью 1100 Вт, с тепловой мощностью 194 Вт тепла, корпус данного двигателя выполнен с 44 ребрами, масса корпуса статора 477 г.On FIG. 8 shows a motor with a power of 1100 W, with a thermal power of 194 W of heat, the housing of this motor is made with 44 ribs, the mass of the stator housing is 477 g.

На Фиг. 9 представлен двигатель мощностью 1100 Вт, с тепловой мощностью 194 Вт тепла, корпус данного двигателя выполнен с 30 ребрами, масса корпуса статора 427 г.On FIG. 9 shows an engine with a power of 1100 W, with a thermal power of 194 W of heat, the body of this engine is made with 30 ribs, the mass of the stator body is 427 g.

На Фиг. 10 представлен двигатель мощностью 1100 Вт, с тепловой мощностью 194 Вт тепла, корпус данного двигателя выполнен с 20 ребрами, масса корпуса статора 394 г.On FIG. 10 shows a motor with a power of 1100 W, with a thermal power of 194 W of heat, the housing of this motor is made with 20 ribs, the mass of the stator housing is 394 g.

На Фиг. 11 представлен двигатель мощностью 1100 Вт, с тепловой мощностью 194 Вт тепла, данный двигатель выполнен без ребер, масса корпуса статора 325 г.On FIG. 11 shows a motor with a power of 1100 W, with a thermal power of 194 W of heat, this motor is made without fins, the mass of the stator housing is 325 g.

Наиболее высокая температура наблюдается в зоне контакта статора мотора с корпусом. При анализе полученных результатов наблюдается снижение максимальной температуры статора при увеличении числа ребер. Так же с ростом числа ребер снижение максимальной температуры становится менее значительным. Таким образом при достижении определенного значения увеличение числа ребер не будет давать значительного эффекта для охлаждения при значительном увеличении массы.The highest temperature is observed in the contact zone of the motor stator with the housing. When analyzing the results obtained, a decrease in the maximum stator temperature with an increase in the number of ribs is observed. Also, with an increase in the number of fins, the decrease in the maximum temperature becomes less significant. Thus, when a certain value is reached, an increase in the number of fins will not have a significant effect on cooling with a significant increase in mass.

При числе ребер, равном 60, максимальная температура статора составляет 107°С, масса корпуса статора при этом 526 г.With the number of ribs equal to 60, the maximum stator temperature is 107°C, while the mass of the stator housing is 526 g.

Снижение числа ребер до 44 приводит к росту температуры статора до 115°С, масса при этом сокращается до 477 г. При таких значениях обеспечивается безопасное функционирование электромотора, при этом запас по температуре составляет чуть более 5%.Reducing the number of ribs to 44 leads to an increase in the stator temperature to 115°C, while the weight is reduced to 477 g. With such values, the safe operation of the electric motor is ensured, while the temperature margin is slightly more than 5%.

Дальнейшее уменьшение числа ребер приводит к значительному росту температуры. При числе ребер равном 30 температура возрастает до 128°С, при 20 ребрах 143°С. Стоит отметить, что с меньшим числом ребер температура распределяется по корпусу более равномерно (об этом свидетельствует более плавный переход цветов на цветовой карте расчета).A further decrease in the number of fins leads to a significant increase in temperature. With the number of ribs equal to 30, the temperature rises to 128°C, with 20 ribs 143°C. It should be noted that with a smaller number of fins, the temperature is distributed more evenly over the body (this is evidenced by a smoother transition of colors on the color map of the calculation).

Показательным является расчет корпуса без ребер. Температура статора достигает 281°С, отвод тепла в данном случае затруднен.Indicative is the calculation of the hull without ribs. The stator temperature reaches 281°C, heat removal in this case is difficult.

Изложенное исследование проведено для частного случая электродвигателя, использованного на конкретном БПЛА, однако данная конструкция может масштабироваться и применяться для электродвигателей с различной мощностью и размерами.The above study was carried out for a particular case of an electric motor used on a specific UAV, however, this design can be scaled and applied to electric motors with different power and sizes.

Так, варьируя параметрами числа и длины ребер, можно определить рациональный вид оребрения для мотора с большей мощностью (Фиг. 12, мотор мощностью 1700 Вт):So, by varying the parameters of the number and length of the ribs, it is possible to determine the rational type of fins for a motor with a higher power (Fig. 12, a motor with a power of 1700 W):

Тяга мотора с пропеллером 30'×10.5' составляет 11 кг;Motor thrust with propeller 30'×10.5' is 11 kg;

Мощность мотора - 1700 Вт;Motor power - 1700 W;

Тепловая мощность - 300 Вт.Thermal power - 300 W.

Параметры оребрения, позволяющие удовлетворить требования по максимальной температуре: 60 ребер длиной 40 мм.Fin parameters to meet maximum temperature requirements: 60 fins 40 mm long.

Claims (7)

1. Пылевлагозащищённый электродвигатель для беспилотного комплекса морского базирования, включающий корпус, уставленный внутри корпуса статор и установленный в корпусе на подшипниках с возможностью осевого вращения ротор электродвигателя, при этом ротор электродвигателя соединен посредством шпонки с валом, а корпус со стороны вала герметично закрыт крышкой, при этом в крышке выполнен фланец, внутри которого установлены два маслостойких сальника, закрытые, в свою очередь, крышкой фиксации сальников, при этом наружная поверхность корпуса двигателя выполнена с продольными ребрами охлаждения, выполненными по высоте равными корпусу и расположенными по потоку воздуха от лопастей вентилятора, размещенного на валу электродвигателя.1. A dust and moisture-proof electric motor for a sea-based unmanned complex, including a housing, a stator installed inside the housing and an electric motor rotor mounted in the housing on bearings with the possibility of axial rotation, while the motor rotor is connected by means of a key to the shaft, and the housing is hermetically sealed from the side of the shaft by a cover, with At the same time, a flange is made in the cover, inside of which two oil-resistant seals are installed, closed, in turn, by a cover for fixing seals, while the outer surface of the engine housing is made with longitudinal cooling ribs, made equal in height to the housing and located along the air flow from the fan blades placed on the motor shaft. 2. Электродвигатель по п.1, отличающийся тем, что корпус электродвигателя выполнен из алюминиевого сплава.2. The motor according to claim 1, characterized in that the motor housing is made of aluminum alloy. 3. Электродвигатель по п.1, отличающийся тем, что крышка фиксации сальников выполнена листа алюминия толщиной 2 мм.3. The electric motor according to claim 1, characterized in that the gland fixing cover is made of aluminum sheet 2 mm thick. 4. Электродвигатель по п.1, отличающийся тем, что вал электродвигателя выполнен из нержавеющей стали.4. Electric motor according to claim 1, characterized in that the motor shaft is made of stainless steel. 5. Электродвигатель по п.1, отличающийся тем, что статор электродвигателя установлен внутри корпуса при помощи тепловой посадки с применением теплопроводящего компаунда.5. The electric motor according to claim 1, characterized in that the stator of the electric motor is installed inside the housing using a thermal fit using a heat-conducting compound. 6. Электродвигатель по п.1, отличающийся тем, что крышка корпуса электродвигателя выполнена из алюминиевого сплава. 6. The electric motor according to claim 1, characterized in that the motor housing cover is made of aluminum alloy. 7. Электродвигатель по п.1, отличающийся тем, что крышка корпуса электродвигателя зафиксирована на упомянутом корпусе посредством винтов с применением анаэробного фиксатора резьбы.7. Electric motor according to claim 1, characterized in that the motor housing cover is fixed on said housing by means of screws using an anaerobic thread lock.
RU2022103023U 2022-02-08 Dust and moisture-proof electric motor for sea-based unmanned complex RU213326U1 (en)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU213326U1 true RU213326U1 (en) 2022-09-06

Family

ID=

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2040846C1 (en) * 1992-12-28 1995-07-25 Ефимов Геннадий Михайлович Rotating electric machine with air cooling
JP2001238395A (en) * 2000-02-25 2001-08-31 Hitachi Ltd Fully enclosed motor fitted with cooling rib
JP2012070549A (en) * 2010-09-24 2012-04-05 Toshiba Mitsubishi-Electric Industrial System Corp Totally-enclosed motor device
RU2486652C2 (en) * 2007-08-07 2013-06-27 Спал Аутомотиве С.Р.Л. Electrical machine
RU2582665C2 (en) * 2011-07-11 2016-04-27 Спаль Аутомотиве С.Р.Л. Rotary electrical machine and related assembly method

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2040846C1 (en) * 1992-12-28 1995-07-25 Ефимов Геннадий Михайлович Rotating electric machine with air cooling
JP2001238395A (en) * 2000-02-25 2001-08-31 Hitachi Ltd Fully enclosed motor fitted with cooling rib
RU2486652C2 (en) * 2007-08-07 2013-06-27 Спал Аутомотиве С.Р.Л. Electrical machine
JP2012070549A (en) * 2010-09-24 2012-04-05 Toshiba Mitsubishi-Electric Industrial System Corp Totally-enclosed motor device
RU2582665C2 (en) * 2011-07-11 2016-04-27 Спаль Аутомотиве С.Р.Л. Rotary electrical machine and related assembly method

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN1989679B (en) Dynamoelectric machine with embedded heat exchanger and method for cooling dynamoelectric machine
CN107923406B (en) Electronic coolant pump with flowing cooling control circuit
US20200303994A1 (en) Power Dense Motor With Thermal Management Capability
RU2471682C2 (en) Turbojet engine for airborne vehicle
US9525324B2 (en) Axial flux electrical machines
US8704414B2 (en) Machines and methods and assembly for same
US11073136B2 (en) Cooling arrangement
CN110043345B (en) Crankcase ventilation system heater
US20110140444A1 (en) Wind Turbine With Improved Cooling
WO2021217883A1 (en) Robot power joint having turbulent flow heat dissipation structure, and robot
KR101873674B1 (en) Supercharger
CN109154206B (en) Turbocharger heat shield
BRPI0709128A2 (en) compressor unit
CN105332932B (en) A kind of explosion-proof leakage-proof magnetic suspension blower fan
EP2536006A1 (en) Vertical shaft disc-type outer rotor electric machine and cooling structure thereof
WO2013104777A2 (en) Cooling system of a wind turbine
RU213326U1 (en) Dust and moisture-proof electric motor for sea-based unmanned complex
CN205248989U (en) Circulative cooling motor in oil
BR112013024094B1 (en) engine and system to transport a fluid
CN217426907U (en) Immersed energy storage system and power station
JP2005036664A (en) Compressor, turbo-charger, and fuel cell
CN207518407U (en) A kind of dual-purpose casing of magnetic suspension wind turbine refrigerant evaporation oil cooling
CN207896754U (en) A kind of rotor with cooling device
CN208431113U (en) Wind turbine gearbox heat exchange mechanisms and wind power generating set containing the mechanism
CN206323238U (en) A kind of motor cools down auxiliary smoke discharging structure