RU2345466C1 - Motor - Google Patents
Motor Download PDFInfo
- Publication number
- RU2345466C1 RU2345466C1 RU2007136080/09A RU2007136080A RU2345466C1 RU 2345466 C1 RU2345466 C1 RU 2345466C1 RU 2007136080/09 A RU2007136080/09 A RU 2007136080/09A RU 2007136080 A RU2007136080 A RU 2007136080A RU 2345466 C1 RU2345466 C1 RU 2345466C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- gpa
- bearing
- centering
- bearings
- shaft
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к электротехнике, в частности к электродвигателям, которые могут быть использованы в приводных системах, работающих в вакууме в условиях ограниченного теплообмена с градиентом температур -100°С до +110°С.The invention relates to electrical engineering, in particular to electric motors that can be used in drive systems operating in vacuum under conditions of limited heat exchange with a temperature gradient of -100 ° C to + 110 ° C.
Известен электродвигатель, в котором имеется полый металлический корпус со статором, центрирующие крышки и ротор, установленный в подшипниковых узлах крышек [1].A known electric motor in which there is a hollow metal housing with a stator, centering covers and a rotor installed in the bearing assemblies of the covers [1].
При снижении веса двигателя за счет выполнения его крышек из легких металлов, в условиях возникновения больших градиентов температур из-за разницы в коэффициентах линейного расширения в подшипниковом узле либо между телами и дорожками качения появляются большие натяги, что ведет к потере КПД и, в ряде случаев, их заклиниванию, либо между кольцами подшипников и ответными поверхностями соответственно корпуса или вала ротора возникают повышенные радиальные зазоры, вследствие чего снижается точность позиционирования оси ротора. Кроме того, даже при использовании легких металлов для выполнения крышек вес двигателя остается большим.When reducing the weight of the engine due to the implementation of its covers made of light metals, in the case of large temperature gradients due to the difference in the coefficients of linear expansion in the bearing assembly or between bodies and raceways, large tightnesses appear, which leads to a loss of efficiency and, in some cases their jamming, or between the bearing rings and the counter surfaces of the housing or rotor shaft, respectively, increased radial clearances occur, which reduces the accuracy of the positioning of the rotor axis. In addition, even when using light metals to make covers, the weight of the engine remains large.
Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является электродвигатель, включающий полый корпус, в котором установлен статор и ротор, размещенный на валу в подшипниках, установленных в центрирующих стальных крышках со стороны торцев корпуса двигателя [2].The closest technical solution, selected as a prototype, is an electric motor, including a hollow body, in which a stator and rotor are installed, located on the shaft in bearings mounted in centering steel covers on the side of the ends of the motor housing [2].
В данном техническом решении подшипники размещены между соответствующими посадочными поверхностями крышки и вала ротора, при этом сопряжение с одной из этих поверхностей осуществляется по скользящей (например, с крышкой), по другой - переходной - посадке (например, с валом).In this technical solution, bearings are placed between the respective landing surfaces of the cover and the rotor shaft, while pairing with one of these surfaces is carried out on a sliding (for example, with a cover), on the other - transitional - landing (for example, with a shaft).
Существенным недостатком двигателя является то, что при выполнении его крышек из легких металлов для снижения веса в условиях изменения температуры двигателя от -100°С до +110°С при его эксплуатации из-за различий в коэффициентах линейного расширения стального подшипника и крышки из алюминиевых сплавов либо между телами и дорожками качения в подшипниковом узле возникает большой натяг, в результате чего резко возрастают потери на трение и, в ряде случаев, подшипник заклинивает, либо между посадочными поверхностями подшипника, корпуса и вала ротора возникают повышенные радиальные зазоры, вследствие чего существенно усложняется крепление подшипника и снижается точность позиционирования оси ротора. При этом использование легких металлов для изготовления крышек не позволяет радикально решить проблему снижения веса двигателя.A significant drawback of the engine is that when its covers are made of light metals to reduce weight under conditions of changes in engine temperature from -100 ° C to + 110 ° C during its operation due to differences in the linear expansion coefficients of the steel bearing and the cover of aluminum alloys either a large interference occurs between the bodies and raceways in the bearing assembly, resulting in a sharp increase in friction losses and, in some cases, the bearing wedges, or between the bearing surfaces of the bearing, housing and shaft a rotor having increased radial clearance, whereby substantially more complicated bearing mount and decreases the accuracy of positioning the rotor axis. Moreover, the use of light metals for the manufacture of caps does not allow to radically solve the problem of reducing the weight of the engine.
Вследствие этого применение указанного двигателя невозможно в приводных системах, перемещаемых с земли в открытый космос и работающих в нем при ограниченном теплообмене и градиенте температур -100°С до +110°С.As a result of this, the use of this engine is not possible in drive systems moving from earth to outer space and working in it with limited heat transfer and a temperature gradient of -100 ° C to + 110 ° C.
Задачей изобретения является исключение заклинивания и повышенных радиальных зазоров в подшипниковых узлах и повышение, за счет этого, надежности электродвигателя при работе в вакууме в условиях ограниченного теплообмена с градиентом температур от -100°С до +110°С.The objective of the invention is the elimination of jamming and increased radial clearance in the bearing units and increase, due to this, the reliability of the electric motor when operating in vacuum under conditions of limited heat transfer with a temperature gradient from -100 ° C to + 110 ° C.
Решение поставленной задачи достигается тем, что в электродвигателе, содержащем корпус, в котором установлен статор и ротор, размещенный на валу в подшипниках, установленных в центрирующих крышках со стороны торцев корпуса, согласно техническому решению, крышки выполнены из полимерного композиционного материала, имеющего модуль упругости Е и удельный вес р, выбираемые из соотношенийThe solution to this problem is achieved by the fact that in the electric motor containing the housing, in which the stator and rotor are mounted, located on the shaft in bearings mounted in centering covers on the side of the ends of the housing, according to the technical solution, the covers are made of a polymer composite material having an elastic modulus E and specific gravity p, selected from the relations
2 ГПа≤Е≤4 ГПа,2 GPa≤E≤4 GPa,
1 г/см3<р<1,5 г/см3,1 g / cm 3 <p <1.5 g / cm 3 ,
и наружные кольца подшипников установлены в центрирующих крышках с радиальным натягом δ, выбираемым из диапазонаand the outer rings of the bearings are mounted in centering caps with a radial tension δ, selected from the range
0,004 D≤δ≤0,006 D,0.004 D≤δ≤0.006 D,
где D - наружный диаметр подшипника.where D is the outer diameter of the bearing.
На наружном кольце одного или двух подшипников выполнен, по меньшей мере, один паз, взаимодействующий с выступом, выполненным на ответной поверхности центрирующей крышки, а на внутренней поверхности внутреннего кольца подшипника или ответной ей поверхности вала выполнен, по меньшей мере, один паз, в котором установлен с предварительным натягом упругоподатливый элемент, выполненый из полимерного композиционного материала, имеющего модуль упругости Е и удельный вес р, выбираемые из соотношенийAt least one groove is made on the outer ring of one or two bearings, interacting with a protrusion made on the counter surface of the centering cover, and at least one groove is made on the inner surface of the inner ring of the bearing or the shaft surface responding to it, in which installed with preload an elastic-flexible element made of a polymer composite material having an elastic modulus E and specific gravity p, selected from the ratios
2 ГПа≤Е≤4 ГПа,2 GPa≤E≤4 GPa,
1 г/см3<р<1,5 г/см3.1 g / cm 3 <p <1.5 g / cm 3 .
Исключение заклинивания подшипника и повышенных радиальных зазоров в подшипниковых узлах при работе в вакууме в условиях ограниченного теплообмена с градиентом температур от -100°С до +110°С с повышением, за счет этого, надежности электродвигателя достигается в результате следующего.The exclusion of jamming of the bearing and increased radial clearance in the bearing units when operating in vacuum under conditions of limited heat exchange with a temperature gradient from -100 ° C to + 110 ° C with an increase, due to this, the reliability of the electric motor is achieved as a result of the following.
Использование полимерного композиционного материала с модулем упругости 2 ГПа≤Е≤4 ГПа обеспечивает такую податливость сопряжений подшипника с крышками и валом, при которой, с одной стороны, исключается появление натягов в сопряжениях подшипника с крышкой и (или) валом, приводящих к снижению их КПД или заклиниванию, с другой стороны, обеспечивается точность центрирования оси ротора при его нагружении. Установка наружных колец подшипников в центрирующих крышках с радиальным натягом δ позволяет при тепловом расширении избежать возникновения зазоров, приводящих к потере точности центрирования. При этом использование полимерной композиции с удельным весом 1 г/см3<р<1,5 г/см3 обеспечивает существенное (на 18…25%) снижение веса двигателя.The use of a polymer composite material with an elastic modulus of 2 GPa≤E≤4 GPa ensures such compliance of the bearing mates with the covers and the shaft, on which, on the one hand, the occurrence of interference in the bearing mates with the cover and (or) the shaft, leading to a decrease in their efficiency or jamming, on the other hand, ensures the accuracy of centering of the axis of the rotor when it is loaded. The installation of the outer bearing rings in the centering caps with a radial tightness δ allows avoiding the occurrence of gaps during thermal expansion, leading to a loss of centering accuracy. Moreover, the use of a polymer composition with a specific gravity of 1 g / cm 3 <p <1.5 g / cm 3 provides a significant (18 ... 25%) reduction in engine weight.
Диапазон модулей упругости материала выбирается исходя из следующего:The range of elastic moduli of the material is selected based on the following:
- при модуле упругости менее 2 ГПа радиальная податливость корпуса становится чрезмерно высокой, вследствие чего при радиальном нагружении ротора снижается надежность центрирования оси подшипника в радиальном направлении;- with an elastic modulus of less than 2 GPa, the radial compliance of the housing becomes excessively high, as a result of which, when the rotor is radially loaded, the reliability of centering the bearing axis in the radial direction is reduced;
- при модуле упругости, большем 4 ГПа, радиальная жесткость подшипника в сочетании с исходным натягом приводит к возникновению небольших, но приводящих к снижению КПД, натягов между телами и дорожками качения подшипника, при этом усложняется сборка подшипникового узла и снижаются прочностные характеристики полимерного корпуса в условиях термоциклирования в расширенном диапазоне температур.- when the elastic modulus is greater than 4 GPa, the radial stiffness of the bearing in combination with the initial interference leads to the appearance of small, but leading to a decrease in efficiency, interference between the bodies and the raceways of the bearing, this complicates the assembly of the bearing assembly and the strength characteristics of the polymer housing under conditions thermal cycling in an extended temperature range.
Диапазон варьирования удельного веса полимерного материала выбирается исходя из следующего:The range of variation of the specific gravity of the polymer material is selected based on the following:
- при удельном весе, большем 1,5 г/см3, менее целесообразно применение полимерного материала вследствие незначительного снижения веса двигателя;- with a specific gravity greater than 1.5 g / cm 3 , it is less appropriate to use a polymer material due to a slight decrease in the weight of the engine;
- при удельном весе, меньшем 1 г/см, не обеспечиваются требуемые модуль упругости и прочностные характеристики полимерного материала в условиях термоциклирования в расширенном диапазоне температур.- with a specific gravity of less than 1 g / cm, the required modulus of elasticity and strength characteristics of the polymer material are not provided under thermal cycling in an extended temperature range.
Диапазон варьирования радиального натяга установки подшипников выбирается исходя из следующего:The range of variation of the radial interference of the bearings is selected based on the following:
- при радиальном натяге, большем 0,006 D, он оказывает влияние на КПД подшипника, который снижается, при этом возникают определенные проблемы с прочностными характеристиками крышек в условиях термоциклирования в расширенном диапазоне температур;- with a radial tightness greater than 0.006 D, it affects the efficiency of the bearing, which decreases, while there are certain problems with the strength characteristics of covers under thermal cycling in an extended temperature range;
- при радиальном натяге, меньшем 0,004 D, в условиях термоциклирования в расширенном диапазоне температур снижается надежность центрирования оси подшипника в радиальном направлении.- when the radial tightness is less than 0.004 D, under conditions of thermal cycling in an extended temperature range, the reliability of centering the bearing axis in the radial direction decreases.
Установка между внутренней обоймой подшипника и ответной поверхностью вала ротора с предварительным натягом упругоподатливого элемента из материала, имеющего модуль упругости Е и удельный вес р, выбираемые из соотношений 2 ГПа≤Е≤4 ГПа и 1 г/см3<р<1,5 г/см3, например из полисульфона, сохраняющего упругие свойства в диапазоне температур от -100°С до +110°С, также способствует решению поставленной задачи. При этом этот элемент размещается в пазу на внутренней поверхности внутреннего кольца подшипника или на ответной поверхности вала.Installation between the inner race of the bearing and the counter surface of the rotor shaft with a preload of an elastic-flexible element made of a material having an elastic modulus E and specific gravity p, selected from the ratios 2 GPa≤E≤4 GPa and 1 g / cm 3 <p <1.5 g / cm 3 , for example from polysulfone, which retains elastic properties in the temperature range from -100 ° C to + 110 ° C, also contributes to the solution of the problem. In this case, this element is placed in a groove on the inner surface of the inner ring of the bearing or on the counter surface of the shaft.
Изобретение поясняется фигурами.The invention is illustrated by figures.
На фиг.1 изображено конструктивное исполнение двигателя.Figure 1 shows the design of the engine.
На фиг.2, фиг.3 и фиг.4 изображены варианты исполнения пазов на внешнем и внутреннем кольцах и валу подшипника.In Fig.2, Fig.3 and Fig.4 shows options for the execution of the grooves on the outer and inner rings and the shaft of the bearing.
Электродвигатель (см. фиг.1) состоит из корпуса 1, статора 2, расположенного в корпусе 1, и ротора 3. В статоре 2 выполнены обмотки возбуждения 4. Ротор 3 двигателя установлен на валу 5 и соединен с ним неразъемно. В роторе 3 размещены постоянные магниты 6. Центрирующие крышки 7 выполнены из полимерного материала, например полисульфона, имеющего модулем упругости Е=3,2 ГПа и удельный вес р=1,3 г/см3. В центрирующих крышках установлены подшипники 8, в посадочной поверхности внутренних колец которых размещен вал 5. Подшипники 8 установлены в центрирующих крышках 7 с величиной радиального натяга δ, выбираемым из диапазона 0,004 D≤δ≤0,006 D. Диаметр D подшипника определяется исходя из назначения двигателя и режимов его эксплуатации.The electric motor (see Fig. 1) consists of a housing 1, a stator 2 located in the housing 1, and a rotor 3. In the stator 2, the excitation windings 4 are made. The rotor 3 of the motor is mounted on the
При необходимости более надежного осевого крепления на наружной поверхности наружного кольца 11 подшипника 8 выполнен паз 10. В этом случае на ответной поверхности крышки 7 делается выступ, имеющий ответную пазу 10 форму и размещенный в пазу 10 беззазорно.If necessary, a more reliable axial fastening on the outer surface of the
На внутренней поверхности внутреннего кольца 11 одного или двух подшипников 8 выполнен паз 12, в котором установлен беззазорно упругоподатливый элемент 13 (фиг.2, 3). При этом внутренний диаметр упругоподатливого элемента 13 при его размещении в пазу 12 на внутреннем кольце 11 подшипника 8 выполняется меньшим на 0,05…0,2 мм соответственно диаметра внутреннего кольца 11 подшипника 8.On the inner surface of the
На поверхности вала 5, сопрягаемой с внутренним кольцом подшипника 8, выполнен паз 14, в котором размещен беззазорно упругоподатливый элемент 15 (фиг.4). При этом наружный диаметр упругоподатливого элемента 15 при его размещении в пазу 14 на валу 5 выполняется большим на 0,05…0,2 мм диаметра внутреннего кольца 11 подшипника 8.On the surface of the
Пазы 12, 14 могут быть кольцевыми или в виде прямоугольных или сегментных шпоночных пазов (см. фиг.2, 3 и 4). В соответствии с этим с аналогичной формой будут выполнены упругоподатливые элементы 13, 15.The
Упругоподатливые элементы 13 и 15 при установке подшипников 8 на вал 5 упруго сжимаются, создавая предварительный натяг в соединении.The
В процессе эксплуатации электродвигателя в условиях открытого космоса при его нагреве до 90…110°С и более за счет внутреннего источника тепла или солнечной радиации увеличиваются диаметры наружного 9 и внутреннего 11 колец подшипника 8. При этом крышка 7 упруго деформируется, создавая дополнительный натяг в соединении с наружным кольцом 9 подшипника 8, однако вследствие высокой податливости материала крышки 7 величина этого натяга не приводит к снижению КПД или заклиниванию подшипника. Одновременно с этим при увеличении внутреннего кольца подшипника 8 находящийся в сжатом состоянии упругоподатливый элемент 13 увеличивается в размере по диаметру, вследствие чего в соединении внутреннего кольца 11 подшипника 8 с валом 3 не возникает зазор.During operation of the electric motor in open space, when it is heated to 90 ... 110 ° C or more, the diameters of the outer 9 and inner 11 rings of the bearing 8 increase due to an internal heat source or solar radiation. In this case, the
При охлаждении подшипника до -80…-100°С диаметр его наружного 9 и внутреннего 11 колец уменьшается. При этом предварительно сжатая крышка 7 частично возвращается в исходное (до сборки двигателя) состояние, вследствие чего ее внутренний посадочный диаметр уменьшается. В результате этого в сопряжении крышки 7 с наружным кольцом 9 подшипника 8 не возникает зазор, приводящий к потере точности центрирования оси вала 5. Одновременно с этим уменьшается диаметр внутреннего кольца 11 подшипника 8. Упругоподатливые элементы 13 и 15 дополнительно сжимаются, однако, вследствие их высокой податливости, это не приводит к возникновению значительных натягов между телами и дорожками качения подшипника 8, снижению его КПД или заклиниванию.When the bearing is cooled to -80 ... -100 ° C, the diameter of its outer 9 and inner 11 rings decreases. In this case, the
При возникновении осевых перемещений наружного 9 и внутреннего 11 колец подшипника 8, обусловленного температурными деформациями элементов двигателя, находящиеся в пазах 10 и 12 соответственно, выступ крышки 7 и упругоподатливый элемент 13 упруго деформируются, надежно фиксируя в осевом направлении вал 5 и жестко связанный с ним ротор 3 относительно статора 2.When axial movements of the outer 9 and inner 11 rings of the bearing 8 occur due to thermal deformations of the engine elements located in the grooves 10 and 12, respectively, the protrusion of the
Использование предлагаемого технического решения в двигателях, работающих в вакууме в диапазоне температур -100°С до +110°С, позволяет не только значительно снизить их вес, но и повысить надежность и улучшить виброакустические характеристики.The use of the proposed technical solution in engines operating in a vacuum in the temperature range of -100 ° C to + 110 ° C allows not only to significantly reduce their weight, but also to increase reliability and improve vibro-acoustic characteristics.
Источники информацииInformation sources
1. Патент GB 2172754 А, Н02K 11/00, опубл. 1986 г.1. Patent GB 2172754 A,
2. Патент RU 2285996, Н02K 11/00, опубл. 2005 г.2. Patent RU 2285996,
Claims (3)
2 ГПа≤Е≤4 ГПа,
1 г/см3<р<1,5 г/см3,
где ГПа - гигапаскаль (согласно международной системе СИ - 1 ГПа=109 Па=109 Н/м2),
и наружные кольца подшипников установлены в центрирующих крышках с радиальным натягом δ, выбираемым из диапазона
0,004 D≤δ≤0,006 D,
где D - наружный диаметр подшипника.1. An electric motor containing a housing in which a stator and a rotor are installed, located on the shaft in bearings mounted in centering covers on the side of the ends of the housing, characterized in that the covers are made of a polymer composite material having an elastic modulus E and specific gravity p, selectable from the relations
2 GPa≤E≤4 GPa,
1 g / cm 3 <p <1.5 g / cm 3 ,
where GPa - gigapascal (according to the international SI system - 1 GPa = 10 9 Pa = 10 9 N / m 2 ),
and the outer rings of the bearings are mounted in centering caps with a radial tension δ, selected from the range
0.004 D≤δ≤0.006 D,
where D is the outer diameter of the bearing.
2 ГПа≤Е≤4 ГПа,
1 г/см3<p<1,5 г/см3,
где ГПа - гигапаскаль (согласно международной системы СИ - 1 ГПа=109 Па=109 Н/м2). 3. The electric motor according to claim 1 or 2, characterized in that at least one groove is made on the inner surface of the inner ring of the bearing or the reciprocal of the shaft surface in which a resilient element made of a polymer composite material having a module is preloaded elasticity E and specific gravity p, selected from the relations
2 GPa≤E≤4 GPa,
1 g / cm 3 <p <1.5 g / cm 3 ,
where GPa - gigapascal (according to the international SI system - 1 GPa = 10 9 Pa = 10 9 N / m 2 ).
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2007136080/09A RU2345466C1 (en) | 2007-09-28 | 2007-09-28 | Motor |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2007136080/09A RU2345466C1 (en) | 2007-09-28 | 2007-09-28 | Motor |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2345466C1 true RU2345466C1 (en) | 2009-01-27 |
Family
ID=40544401
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2007136080/09A RU2345466C1 (en) | 2007-09-28 | 2007-09-28 | Motor |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2345466C1 (en) |
-
2007
- 2007-09-28 RU RU2007136080/09A patent/RU2345466C1/en not_active IP Right Cessation
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
EP3574224B1 (en) | Vented bearing retainer for turbomachines | |
AU2012200255B2 (en) | Electrical machines | |
US5577847A (en) | Supporting arrangement for a bearing in an electric motor | |
US20090251013A1 (en) | Electric Motor for Rotation and Axial Movement | |
RU185370U1 (en) | MAGNET BEARING | |
JP2002369474A (en) | Rolling bearing equipment for retaining impeller shaft | |
CA2691202C (en) | A hybrid bearing and a method for its production | |
US9692272B2 (en) | Electric machine and associated method | |
US20150322851A1 (en) | Fluid cooled electrically-assisted turborcharger | |
US9882447B2 (en) | Electric machine, assembly and associated method | |
JP2016504545A (en) | Rotating machine with damping collar | |
CN107294258A (en) | Method for being fastened on stator in high-speed motor | |
EP2728715A2 (en) | Rotating electrical machine | |
CN210273684U (en) | Rotor shaft mounting structure of motor in electric bridge and electric bridge with structure | |
CN111656650B (en) | Rotating electrical machine apparatus | |
RU2345466C1 (en) | Motor | |
EP3547507A1 (en) | Electric motor | |
CN111561462A (en) | Vacuum pump | |
US9281725B2 (en) | Electric machine and method of manufacturing the same | |
JP2020501490A (en) | Improvement of rotating generator | |
JP2014173432A (en) | Vacuum pump | |
CN211151691U (en) | Miniature motor rotor with fan blades at front end and dustproof bearing at rear end of sealing bearing | |
RU122123U1 (en) | ROTARY MACHINE SUPPORT | |
CN202424375U (en) | Alternating current generator used for motor vehicle | |
RU2760034C1 (en) | Electric fan for the climate system of a vehicle |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20090929 |