RU2756842C1 - Air cooling device for electric motors - Google Patents

Air cooling device for electric motors Download PDF

Info

Publication number
RU2756842C1
RU2756842C1 RU2021114840A RU2021114840A RU2756842C1 RU 2756842 C1 RU2756842 C1 RU 2756842C1 RU 2021114840 A RU2021114840 A RU 2021114840A RU 2021114840 A RU2021114840 A RU 2021114840A RU 2756842 C1 RU2756842 C1 RU 2756842C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
air
electric motor
cooling device
air cooling
housing
Prior art date
Application number
RU2021114840A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Марк Николаевич Левин
Павел Валерьевич Дрюпин
Александр Владимирович Татаринцев
Original Assignee
Закрытое акционерное общество "Инновационный центр "Бирюч" (ЗАО "ИЦ "Бирюч")
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Закрытое акционерное общество "Инновационный центр "Бирюч" (ЗАО "ИЦ "Бирюч") filed Critical Закрытое акционерное общество "Инновационный центр "Бирюч" (ЗАО "ИЦ "Бирюч")
Priority to RU2021114840A priority Critical patent/RU2756842C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2756842C1 publication Critical patent/RU2756842C1/en

Links

Images

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D45/00Separating dispersed particles from gases or vapours by gravity, inertia, or centrifugal forces
    • B01D45/12Separating dispersed particles from gases or vapours by gravity, inertia, or centrifugal forces by centrifugal forces
    • B01D45/14Separating dispersed particles from gases or vapours by gravity, inertia, or centrifugal forces by centrifugal forces generated by rotating vanes, discs, drums or brushes
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D46/00Filters or filtering processes specially modified for separating dispersed particles from gases or vapours
    • B01D46/24Particle separators, e.g. dust precipitators, using rigid hollow filter bodies
    • B01D46/26Particle separators, e.g. dust precipitators, using rigid hollow filter bodies rotatable
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K5/00Casings; Enclosures; Supports
    • H02K5/04Casings or enclosures characterised by the shape, form or construction thereof
    • H02K5/20Casings or enclosures characterised by the shape, form or construction thereof with channels or ducts for flow of cooling medium
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K9/00Arrangements for cooling or ventilating
    • H02K9/02Arrangements for cooling or ventilating by ambient air flowing through the machine
    • H02K9/04Arrangements for cooling or ventilating by ambient air flowing through the machine having means for generating a flow of cooling medium
    • H02K9/06Arrangements for cooling or ventilating by ambient air flowing through the machine having means for generating a flow of cooling medium with fans or impellers driven by the machine shaft
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K9/00Arrangements for cooling or ventilating
    • H02K9/26Structural association of machines with devices for cleaning or drying cooling medium, e.g. with filters

Abstract

FIELD: electrical engineering.
SUBSTANCE: invention relates to electrical engineering, namely to air cooling devices for electric motors, and can be used as part of propeller-driven groups of vertical take-off and landing aircraft. The device includes a perforated housing with a lid to protect against ingress of solid particles and water droplets, fixed to the motor shaft, as well as an impeller for air intake and pumping through the motor windings, at least one cleaning disc installed in the housing and fixed to the motor shaft. The protective disk is made with slots forming channels for the passage of air to the cleaning disks. The output of mechanical impurities and liquid droplets occurs during the operation of the electric motor under the action of centrifugal forces by repelling them with rotating cleaning discs to the perforated walls of the housing, thereby the engine is cooled by an air stream cleaned of abrasive particles.
EFFECT: effective cooling of the electric motor with air purified from water droplets and abrasive particles with small dimensions of the device in the axial direction.
3 cl, 12 dwg

Description

Область техникиTechnology area

Изобретение относится к авиационной технике, конкретно, к многовинтовым винтокрылым летательным аппаратам с вертикальным взлетом и посадкой, а именно, к мультикоптерам, в которых несущие винты расположены в двух параллельных плоскостях (ярусах), находящихся выше и ниже фюзеляжа летательного аппарата (ЛА).The invention relates to aeronautical engineering, specifically to multi-rotor rotary-wing aircraft with vertical take-off and landing, namely, to multicopters, in which the rotors are located in two parallel planes (tiers) located above and below the fuselage of the aircraft (LA).

В изобретении заявляется новая конструкция мультикоптера, обеспечивающая повышение надежности, стабильности и управляемости его полетом в результате достижения оптимального соотношения устойчивости и маневренности мультикоптера за счет двухъярусного расположения несущих винтов в двух параллельных плоскостях выше и ниже центра тяжести ЛА.The invention declares a new design of a multicopter, which provides an increase in reliability, stability and controllability of its flight as a result of achieving an optimal balance of stability and maneuverability of a multicopter due to a two-tiered arrangement of rotors in two parallel planes above and below the aircraft's center of gravity.

Предшествующий уровень техникиPrior art

Для нормальной работы электродвигателей, в частности электродвигателей, приводящих во вращение винты летательных аппаратов, необходимо обеспечить наибольшую степень их охлаждения и возможность поддержания в требуемых пределах теплового состояния двигателя при различных режимах и условиях работы. Для мощных электродвигателей используются системы охлаждения, обеспечивающие циркуляцию воздушного потока между их основными конструктивными элементами. Благодаря такому решению тепловая энергия отбирается непосредственно с нагретых обмоток и деталей двигателя, что позволяет поддерживать требуемую температуру даже при работе с максимально допустимой мощностью. Для этого устройство охлаждения электродвигателей должно создавать достаточный поток охлаждающего воздуха. При этом воздух, обдувающий детали электродвигателя, не должен содержать частицы влаги, а также абразивные частиц, способных нарушить целостность изоляции обмоток электродвигателя.For normal operation of electric motors, in particular electric motors driving the propellers of aircraft, it is necessary to ensure the greatest degree of their cooling and the ability to maintain the thermal state of the engine within the required limits under various operating modes and conditions. For powerful electric motors, cooling systems are used to circulate the air flow between their main structural elements. Thanks to this solution, thermal energy is taken directly from the heated windings and motor parts, which allows maintaining the required temperature even when operating at the maximum permissible power. For this, the motor cooling device must provide a sufficient cooling air flow. In this case, the air blowing over the parts of the electric motor should not contain moisture particles, as well as abrasive particles that can violate the integrity of the insulation of the electric motor windings.

Для отделения от воздушного потока частиц влаги и твердых абразивных частиц на практике используются разные подходы. Первый основан на использовании центробежных сил, под действием которых происходит удаление твердых частиц. Принцип действия таких устройств состоит в следующем: поток запыленного воздуха вводится в аппарат через входной патрубок тангенциально. Под действием центробежной силы частицы пыли выносятся из потока, оседают на стенках аппарата и попадают в нижнюю часть устройства. Очищенный от пыли газовый поток выводится через выходной патрубок. Недостаток такого способа очистки - большие габариты устройств в осевом направлении.In practice, different approaches are used to separate moisture particles and solid abrasive particles from the air stream. The first is based on the use of centrifugal forces, which remove solid particles. The principle of operation of such devices is as follows: the flow of dusty air is introduced into the apparatus through the inlet pipe tangentially. Under the action of centrifugal force, dust particles are carried out of the flow, settle on the walls of the apparatus and fall into the lower part of the device. The gas stream cleaned from dust is discharged through the outlet pipe. The disadvantage of this cleaning method is the large dimensions of the devices in the axial direction.

В патенте US 7648544 В2 (опубл. 19.01.2010 г.) представлен сепаратор с вихревой трубой для отделения твердых частиц от исходного материала, содержащего газ и твердые частицы. Отделение диспергированных частиц от газов в данном устройстве происходит за счет центробежных сил, создаваемых системой завихрения газового потока. Твердые частицы опускаются вниз под действием силы тяжести. Недостатком такого устройства являются большие габариты в осевом направлении.US Pat. No. 7,648,544 B2 (publ. 19.01.2010) presents a vortex tube separator for separating solid particles from a feed material containing gas and solid particles. The separation of dispersed particles from gases in this device occurs due to centrifugal forces created by the system of vortexing the gas flow. The solid particles are driven down by gravity. The disadvantage of such a device is the large dimensions in the axial direction.

В патенте US 10233801 В2 (опубл. 19.03.2019 г.) представлено устройство для очистки загрязненного газа, предназначенное для отделения мелких твердых и/или жидких частиц, взвешенных в газе. Устройство представляет собой вертикальный цилиндрический корпус, в котором перпендикулярно оси корпуса расположены неподвижные перегородки с отверстиями. Между перегородками вращаются крыльчатки, закрепленные на вращающейся оси устройства. Газ проходит вдоль оси устройства через множество отверстий в неподвижных перегородках, а загрязнения, содержащиеся в газе, скапливаются на вращающихся крыльчатках и под действием центробежной силы отбрасываются к боковым поверхностям цилиндрического корпуса. Под действием силы тяжести загрязнения перемещаются в нижнюю часть устройства и выводятся из него. Недостатком устройства является необходимость большого количества пар перегородка-крыльчатка для обеспечения эффективного разделения газообразной и твердой и/или жидкой фракций и, как следствие, большие габаритные размеры в осевом направлении. Кроме того, подобная система охлаждения не может создать большого расхода газа из-за большого аэродинамического сопротивления.In US patent 10233801 B2 (publ. 03/19/2019), a device for cleaning contaminated gas is presented, designed to separate small solid and / or liquid particles suspended in gas. The device is a vertical cylindrical body with fixed partitions with holes perpendicular to the body axis. Impellers, fixed on the rotating axis of the device, rotate between the partitions. The gas passes along the axis of the device through a plurality of holes in the fixed partitions, and the impurities contained in the gas accumulate on the rotating impellers and, under the action of centrifugal force, are thrown to the lateral surfaces of the cylindrical body. Due to the force of gravity, contaminants move to the bottom of the device and are removed from it. The disadvantage of the device is the need for a large number of baffle-impeller pairs to ensure effective separation of gaseous and solid and / or liquid fractions and, as a consequence, large overall dimensions in the axial direction. In addition, such a cooling system cannot create a high gas flow rate due to the high aerodynamic resistance.

Другой подход к системам очистки запыленного воздуха заключается в пропускании его через систему фильтров. Однако при таком способе невозможно создать достаточно большого воздушного потока на выходе устройства из-за высокого аэродинамического сопротивления.Another approach to dusty air purification systems is to pass it through a filter system. However, with this method, it is impossible to create a sufficiently large air flow at the outlet of the device due to the high aerodynamic resistance.

В патенте US 10926210 В2 (опубл. 23.02.2021 г.) представлен очиститель воздуха, предназначенный для удаления твердых частиц и примесей. Очиститель имеет цилиндрический корпус с расположенными снизу отверстиями для забора загрязненного воздуха. Поступивший в очиститель воздух проходит через систему фильтров, которая может включать в себя один или несколько угольных фильтров предварительной очистки, НЕРА-фильтр, УФ-лампу, электронный воздухоочиститель с поляризованной средой, ионизированный очиститель, генератор озона или другие фильтрующие/очищающие компоненты. Взвешенные частицы, имеющиеся в воздухе, задерживаются системой фильтров. После фильтров воздух с помощью центробежного вентилятора направляется к выходным отверстиям. Недостатком такого очистителя воздуха является невозможность обеспечения достаточного потока воздуха, необходимого для охлаждения внешнего устройства.In US patent 10,926,210 B2 (published 02/23/2021) an air purifier designed to remove solid particles and impurities is presented. The purifier has a cylindrical body with openings located at the bottom for intake of contaminated air. The air entering the purifier passes through a filter system, which may include one or more carbon pre-filters, a HEPA filter, a UV lamp, an electronic polarized air purifier, an ionized purifier, an ozone generator, or other filter / purification components. Suspended particles in the air are captured by the filter system. After the filters, the air is directed by a centrifugal fan to the outlets. The disadvantage of this air purifier is the inability to provide sufficient air flow to cool the external device.

На практике применяются также устройства охлаждения, не имеющие систем очистки охлаждающего воздуха. Недостатками таких устройств является возможность нарушения целостности изоляции обмоток двигателя из-за воздействия абразивных веществ, присутствующих в неочищенном воздухе.In practice, cooling devices are also used that do not have cooling air purification systems. The disadvantages of such devices is the possibility of violating the integrity of the insulation of the motor windings due to the effect of abrasive substances present in the untreated air.

В патенте RU 2570066 С2 (опубл. 10.12.2015 г.) представлена система воздушного охлаждения электродвигателя, в которой охлаждение происходит с помощью рабочего колеса вентилятора, установленного на валу ротора с возможностью вращения и с возможностью соединения или отсоединения от ротора посредством автоматического устройства сцепления. Недостатком такого устройства является отсутствие системы очистки воздуха, используемого для охлаждения электродвигателя, от взвешенных частиц и частиц влаги.Patent RU 2570066 C2 (publ. 10.12.2015) presents an air cooling system for an electric motor, in which cooling occurs using a fan impeller mounted on the rotor shaft for rotation and with the ability to connect or disconnect from the rotor by means of an automatic coupling device. The disadvantage of such a device is the absence of a system for cleaning the air used to cool the electric motor from suspended particles and moisture particles.

В патенте US 10704561 В2 (опубл. 07.07.2020 г.) представлена система воздушного охлаждения, представляющая собой много лопастной вентилятор. Вентилятор вращается в плоскости отверстия в корпусе, в который нагнетается воздух. На внешних краях лопастей вентилятора расположены щетки, выполненные из волокон полимерного или натурального материала. Щетки расположены таким образом, что перекрывают зазор между лопастью вентилятора и краем отверстия и могут изгибаться в процессе вращения лопасти вентилятора при ударе ее о край отверстия. Щетки обеспечивают уплотнение между нагнетающим воздух вентилятором и краем отверстия корпуса. Система обеспечивает требуемый расход воздуха, однако, не обеспечивает его очистку от взвешенных в нем твердых частиц.In the patent US 10704561 B2 (published 07.07.2020), an air cooling system is presented, which is a multi-blade fan. The fan rotates in the plane of the hole in the casing, into which air is blown. On the outer edges of the fan blades, there are brushes made of polymeric or natural fibers. The brushes are located in such a way that they overlap the gap between the fan blade and the edge of the hole and can bend during the rotation of the fan blade when it hits the edge of the hole. The brushes provide a seal between the air blower and the edge of the housing opening. The system provides the required air flow rate, however, it does not provide cleaning of suspended solids in it.

Ближайшим аналогом заявляемого изобретения является изобретение, представленное в патенте RU 2713452 С1 (опубл. 05.02.2020 г.). В патенте представлена закрытая электрическая машина с воздушным охлаждением. Для обеспечения эффективного охлаждения корпус устройства выполнен сложной формы с внешними и внутренними кольцевыми ребрами для увеличения эффективной площади охлаждения. Кроме этого, кольцевые ребра охлаждения выполнены и на якоре электрической машины. При этом ребра одной поверхности расположены в кольцевых выемках между соседними ребрами другой поверхности с возможностью относительного окружного перемещения. Внутренняя полость якоря электродвигателя изолирована от внешней среды при помощи сальниковых уплотнений. Недостатком такого устройства является сложность изготовления конструкции с кольцевыми ребрами охлаждения, большие габариты устройства, необходимые для увеличения эффективной площади охлаждения, невозможность увеличения теплоотвода от электродвигателя при увеличении выделяемой мощности, а также неизбежность проникновения через сальниковые уплотнения загрязнений и пыли, содержащей абразивные вещества, которые не удаляются из замкнутого внутреннего пространства в процессе работы электродвигателя.The closest analogue of the claimed invention is the invention presented in patent RU 2713452 C1 (publ. 05.02.2020). The patent discloses an air-cooled closed electric machine. To ensure effective cooling, the device's housing is designed with a complex shape with external and internal annular fins to increase the effective cooling area. In addition, annular cooling fins are also made at the anchor of the electric machine. In this case, the ribs of one surface are located in the annular grooves between adjacent ribs of the other surface with the possibility of relative circumferential movement. The inner cavity of the electric motor armature is isolated from the external environment by means of stuffing box seals. The disadvantage of such a device is the complexity of manufacturing a structure with annular cooling fins, large dimensions of the device required to increase the effective cooling area, the impossibility of increasing heat removal from the electric motor with an increase in the released power, as well as the inevitability of penetration through the stuffing box seals of dirt and dust containing abrasive substances that do not removed from the closed internal space during the operation of the electric motor.

Краткое описание чертежейBrief Description of Drawings

Фиг. 1. Схема винтомоторной группы (далее ВМГ) ЛА вертикального взлета и посадки.FIG. 1. Diagram of the propeller group (hereinafter VMG) of aircraft with vertical take-off and landing.

Фиг. 2а. Устройство воздушного охлаждения для верхнего электродвигателя ВМГ ЛА вертикального взлета и посадки.FIG. 2a. Air cooling device for the upper electric motor of the VMG aircraft for vertical take-off and landing.

Физ. 2.б. Устройство воздушного охлаждения для верхнего электродвигателя ВМГ ЛА вертикального взлета и посадки в сборе.Phys. 2.b. Air cooling device for the upper electric motor VMG LA vertical take-off and landing assembly.

Фиг. 2в. Схема распределения воздушных потоков в устройстве воздушного охлаждения для верхнего электродвигателя ВМГ ЛА вертикального взлета и посадки.FIG. 2c. Diagram of air flow distribution in the air cooling device for the upper electric motor of the VMG aircraft for vertical take-off and landing.

Фиг. З. Защитный диск устройства воздушного охлаждения для верхнего электродвигателя ВМГ ЛА вертикального взлета и посадки.FIG. H. Protective disk of the air cooling device for the upper electric motor of the VMG aircraft for vertical take-off and landing.

Фиг. 4. Крыльчатка устройства воздушного охлаждения для верхнего электродвигателя ВМГ ЛА вертикального взлета и посадки: а - вид сверху, б - вид сбоку.FIG. 4. The impeller of the air cooling device for the upper electric motor of the VMG aircraft for vertical take-off and landing: a - top view, b - side view.

Фиг. 5. Диск очистки устройства воздушного охлаждения для верхнего электродвигателя ВМГ ЛА вертикального взлета и посадки.FIG. 5. Disk for cleaning the air cooling device for the upper electric motor of the VMG aircraft for vertical take-off and landing.

Фиг. 6. Корпус устройства воздушного охлаждения для верхнего электродвигателя ВМГ ЛА вертикального взлета и посадки.FIG. 6. Air cooling device case for the upper electric motor of the VMG aircraft for vertical take-off and landing.

Фиг. 7. Схема установки дисков очистки устройства воздушного охлаждения для верхнего электродвигателя ВМГ ЛА вертикального взлета и посадки.FIG. 7. Diagram of installation of disks for cleaning the air cooling device for the upper electric motor VMG LA vertical takeoff and landing.

Фиг. 8а. Устройство воздушного охлаждения для нижнего электродвигателя ВМГ ЛА вертикального взлета и посадки.FIG. 8a. Air cooling device for the lower electric motor of the VMG aircraft for vertical take-off and landing.

Фиг. 8б. Схема распределения воздушных потоков в устройстве воздушного охлаждения для нижнего электродвигателя ВМГ ЛА вертикального взлета и посадки.FIG. 8b. Diagram of the distribution of air flows in the air cooling device for the lower electric motor of the VMG aircraft for vertical take-off and landing.

Фиг. 9. Защитный диск устройства воздушного охлаждения для нижнего электродвигателя ВМГ ЛА вертикального взлета и посадки.FIG. 9. Protective disk of the air cooling device for the lower electric motor of the VMG aircraft for vertical take-off and landing.

Раскрытие сущности изобретенияDisclosure of the essence of the invention

Технический результат, на достижение которого направлено заявляемое изобретение, заключается в обеспечении эффективного охлаждения электродвигателя за счет формирования достаточного для каждого режима работы электродвигателя потока воздуха, очищенного от влаги и абразивных частиц, при сохранении малых габаритов устройства в осевом направлении.The technical result, which the claimed invention is aimed at, is to ensure effective cooling of the electric motor due to the formation of an air flow sufficient for each operating mode of the electric motor, cleaned of moisture and abrasive particles, while maintaining the small dimensions of the device in the axial direction.

Указанный технический результат достигается тем, что очистка охлаждающего воздуха происходит за счет центробежных сил, действующих на твердые частицы, возникающих при их взаимодействии с вращающимися дисками очистки, а двигатель охлаждается воздушным потоком, очищенным от абразивных частиц.The specified technical result is achieved by the fact that the cooling air is cleaned due to centrifugal forces acting on solid particles arising from their interaction with rotating cleaning discs, and the engine is cooled by an air stream cleaned of abrasive particles.

Указанный технический результат достигается также за счет того, что элементы устройства охлаждения размещаются на валу охлаждаемого электродвигателя и вращаются с той же частотой, и с ростом потребляемой двигателем мощности при увеличении числа оборотов растет объем забираемого и прокачиваемого через фильтр и обмотки электродвигателя очищенного воздуха.The specified technical result is also achieved due to the fact that the elements of the cooling device are placed on the shaft of the cooled electric motor and rotate at the same frequency, and with an increase in the power consumed by the engine with an increase in the number of revolutions, the volume of cleaned air taken in and pumped through the filter and windings of the electric motor increases.

Существенным отличием предлагаемого решения от прототипа является то, что конструкция устройства обеспечивает охлаждение электродвигателя очищенным от влаги и абразивных частиц воздухом, причем поток охлаждающего воздуха автоматически увеличивается с ростом потребляемой двигателем мощности.A significant difference between the proposed solution and the prototype is that the design of the device provides cooling of the electric motor with air purified from moisture and abrasive particles, and the flow of cooling air automatically increases with an increase in the power consumed by the engine.

Другим существенным отличием предлагаемого решения от прототипа является простота конструкции и малые габариты устройства в осевом направлении.Another significant difference between the proposed solution and the prototype is the simplicity of design and small dimensions of the device in the axial direction.

Варианты осуществления изобретенияEmbodiments of the invention

На Фиг. 1 представлена схема винтомоторной группы (ВМГ) летательного аппарата (ЛА) вертикального взлета и посадки. В рассматриваемом варианте изобретения ВМГ включает в себя верхний и нижний винты ЛА (11), которые приводятся во вращение электродвигателями (207) (Фиг. 2а); кронштейн (12) крепления ВМГ к штангам ЛА (на схеме не показано); верхнее (13) и нижнее (14) устройства воздушного охлаждения электродвигателей.FIG. 1 shows a diagram of a propeller-driven group (VMP) of an aircraft with vertical take-off and landing. In the considered embodiment of the invention, the HVM includes the upper and lower screws of the aircraft (11), which are driven in rotation by electric motors (207) (Fig. 2a); bracket (12) for fastening the VMG to the aircraft rods (not shown in the diagram); upper (13) and lower (14) air cooling devices for electric motors.

1. Устройство воздушного охлаждения для верхнего электродвигателя винтомоторной группы летательного аппарата вертикального взлета и посадки.1. Air cooling device for the upper electric motor of the propeller group of the vertical takeoff and landing aircraft.

На Фиг. 2а 2б представлено устройство воздушного охлаждения для верхнего электродвигателя ВМГ (13). Устройство включает в себя крышку (201), которая служит для предотвращения прямого попадания механических примесей и капель жидкости при неработающем двигателе, защитный диск (203), крыльчатку (204), которая обеспечивает забор атмосферного воздуха и его прокачку через обмотки электродвигателя, диски очистки (205а, 205б, 205в). Все элементы устройства последовательно собираются на валу (206) электродвигателя (207) и вращаются с частотой вращения электродвигателя. Между отдельными элементами устройства устанавливаются регулировочные шайбы (202, 202а, 202б, 202в, 202г), обеспечивающие необходимый зазор. Электродвигатель с собранными элементами устройства помещен в перфорированный корпус (208).FIG. 2a 2b shows an air cooling device for the upper electric motor VMG (13). The device includes a cover (201), which serves to prevent direct ingress of mechanical impurities and liquid droplets when the engine is not running, a protective disk (203), an impeller (204), which provides an intake of atmospheric air and its pumping through the windings of the electric motor, cleaning discs ( 205a, 205b, 205c). All elements of the device are sequentially assembled on the shaft (206) of the electric motor (207) and rotate at the speed of the electric motor. Adjusting washers (202, 202a, 202b, 202c, 202g) are installed between the individual elements of the device, providing the necessary clearance. The electric motor with the assembled elements of the device is placed in a perforated housing (208).

На Фиг. 2в представлена схема распределения воздушных потоков в устройстве воздушного охлаждения для верхнего электродвигателя ВМГ ЛА вертикального взлета и посадки. Здесь (209) - направление потока входящего атмосферного воздуха, (210) - направление выбрасываемых за пределы устройства охлаждения присутствующих в атмосферном воздухе механических примесей и капель жидкости, (211) - выход очищенного воздуха, направляемый на охлаждение обмоток электродвигателя.FIG. 2c shows a diagram of the distribution of air flows in the air cooling device for the upper electric motor of the VMG aircraft for vertical take-off and landing. Here (209) is the direction of the flow of the incoming atmospheric air, (210) is the direction of the mechanical impurities and liquid drops present in the atmospheric air emitted outside the cooling device, (211) is the outlet of purified air directed to cooling the motor windings.

На Фиг. 3 представлен защитный диск устройства воздушного охлаждения для верхнего электродвигателя ВМГ ЛА (203), который препятствует попаданию в устройство охлаждения крупных механических частиц. Входящий атмосферный воздух попадает внутрь через отверстия (31). Каналы (32) служат для прохода атмосферного воздуха к дискам очистки. (33) - крепежные отверстия, предназначенные для сборки элементов устройства охлаждения. В другом исполнении устройства воздушного охлаждения для верхнего электродвигателя ВМГ ЛА вертикального взлета и посадки защитный диск может быть выполнен в виде кольца, прорези которого выполнены в виде металлической сетки.FIG. 3 shows the protective disk of the air cooling device for the upper electric motor VMG LA (203), which prevents large mechanical particles from entering the cooling device. The incoming atmospheric air enters through the openings (31). Channels (32) serve for the passage of atmospheric air to the cleaning discs. (33) - mounting holes for assembling the elements of the cooling device. In another version of the air cooling device for the upper electric motor of the VMG aircraft of vertical take-off and landing, the protective disk can be made in the form of a ring, the slots of which are made in the form of a metal mesh.

На Фиг. 4 представлена крыльчатка (204), которая обеспечивает забор атмосферного воздуха и его прокачку через устройство охлаждения электродвигателя. Крыльчатка (204) имеет лопасти (41), которые в рассматриваемом варианте изобретения выполнены как единое целое со ступицей (42). Края каждой лопасти (41) отогнуты на некоторый угол относительно плоскости ступицы (42). В ступице (42) выполнены крепежные отверстия (43).FIG. 4 shows the impeller (204), which provides the intake of atmospheric air and its pumping through the motor cooling device. The impeller (204) has blades (41), which in the considered embodiment of the invention are made as a whole with the hub (42). The edges of each blade (41) are bent at some angle relative to the plane of the hub (42). Mounting holes (43) are made in the hub (42).

На Фиг. 5 представлен диск очистки (205) устройства воздушного охлаждения для верхнего электродвигателя ВМГ ЛА. В рассматриваемом варианте изобретения устройство воздушного охлаждения для верхнего электродвигателя ВМГ ЛА содержит три диска очистки (205). В диске (205) выполнены каналы (51). Проходя по каналам (51), воздух подвергается очистке от мелких механических примесей и капель жидкости. Каналы (51) ориентированы относительно крепежных отверстий (52) на разный угол α° для каждого из трех дисков (205).FIG. 5 shows a cleaning disk (205) of an air cooling device for the upper electric motor VMG LA. In the considered embodiment of the invention, the air cooling device for the upper electric motor VMG LA contains three cleaning discs (205). Channels (51) are made in the disk (205). Passing through the channels (51), the air is purified from small mechanical impurities and liquid drops. The channels (51) are oriented relative to the fastening holes (52) at a different angle α ° for each of the three discs (205).

На Фиг. 6 представлен корпус (208) устройства воздушного охлаждения для верхнего электродвигателя ВМГ ЛА. В корпусе (208) выполнены отверстия (61), расположенные между дисками очистки (205). Эти отверстия предназначены для удаления механических примесей и капель жидкости в процессе работы устройства воздушного охлаждения для верхнего электродвигателя ВМГ ЛА.FIG. 6 shows the case (208) of the air cooling device for the upper electric motor VMG LA. The housing (208) has holes (61) located between the cleaning discs (205). These holes are designed to remove mechanical impurities and liquid drops during the operation of the air cooling device for the upper electric motor VMG LA.

На Фиг. 7 приведена схема установки дисков очистки (205) устройства воздушного охлаждения для верхнего электродвигателя ВМГ ЛА. Диски (205) устанавливаются таким образом, что каждый последующий диск частично перекрывает каналы (51) предыдущего диска. Это обеспечивается соответствующим углом α°.FIG. 7 shows a diagram of the installation of cleaning discs (205) of the air cooling device for the upper electric motor VMG LA. The discs (205) are installed in such a way that each subsequent disc partially overlaps the channels (51) of the previous disc. This is ensured by an appropriate angle α °.

Устройство работает следующим образом. Воздух, забираемый крыльчаткой (204), поступает в устройство сбоку через отверстия (31) в защитном диске (203), расположенные на его периферии. Размеры и форма этих отверстий выбираются из следующих соображений. Во-первых, суммарная площадь отверстий должна обеспечивать достаточный поток входного воздуха, необходимый для охлаждения электродвигателя на максимальных рабочих оборотах, и быть не меньше площади сечения на выходе из электродвигателя. Во-вторых, необходимо исключить проникновение внутрь устройства крупных твердых частиц и капель жидкости.The device works as follows. The air taken by the impeller (204) enters the device from the side through holes (31) in the protective disk (203) located on its periphery. The size and shape of these holes are selected based on the following considerations. First, the total area of the holes must provide a sufficient flow of inlet air necessary to cool the electric motor at maximum operating speed, and be no less than the cross-sectional area at the outlet of the electric motor. Secondly, it is necessary to exclude the penetration of large solid particles and liquid droplets into the device.

Далее, проходя через каналы (32) защитного диска (203), воздух проходит через каналы (51) дисков (205) очистки. В рассматриваемом варианте изобретения устройство воздушного охлаждения для верхнего электродвигателя ВМГ ЛА содержит три диска очистки (205). Диски (205) повернуты друг относительно друга на угол α°, что обеспечивает частичное перекрытие каналов (51) в них. Этим, с одной стороны, обеспечивается достаточный поток проходящего через устройство воздуха, с другой стороны, достигается обеспечение взаимодействия твердых частиц, содержащихся в воздухе, с системой дисков, частицы получают радиальную составляющую скорости, выносятся к стенкам корпуса (208) и через отверстия (61) в нем вылетают наружу. Отверстия (61) расположены между дисками очистки (205). Их размеры и форма выбираются такими, чтобы обеспечить выход через них механических примесей и капель жидкости в процессе работы устройства, но вместе с этим, не уменьшить поток воздуха, идущего на охлаждение электродвигателя. Суммарная площадь этих отверстий должна быть не менее чем в 10 раз меньше площади сечения на выходе из электродвигателя.Further, passing through the channels (32) of the protective disc (203), the air passes through the channels (51) of the cleaning discs (205). In the considered embodiment of the invention, the air cooling device for the upper electric motor VMG LA contains three cleaning discs (205). The discs (205) are rotated relative to each other at an angle α °, which provides a partial overlap of the channels (51) in them. This, on the one hand, ensures a sufficient flow of air passing through the device, on the other hand, ensures the interaction of solid particles contained in the air with the system of disks, the particles receive a radial velocity component, are carried to the walls of the housing (208) and through the holes (61 ) fly out in it. The holes (61) are located between the cleaning discs (205). Their size and shape are chosen so as to ensure that mechanical impurities and liquid droplets escape through them during the operation of the device, but at the same time, do not reduce the air flow going to cool the electric motor. The total area of these holes must be at least 10 times less than the cross-sectional area at the outlet of the electric motor.

Размеры и форма отверстий (31) в защитном диске (203), отверстий (61) в корпусе (208), количество дисков очистки, углы взаимной установки дисков очистки α° подбираются экспериментально для конкретной конструкции электродвигателя.The dimensions and shape of the holes (31) in the protective disk (203), the holes (61) in the housing (208), the number of cleaning discs, the angles of mutual installation of the cleaning discs α ° are selected experimentally for a specific design of the electric motor.

2. Устройство воздушного охлаждения для нижнего электродвигателя винтомоторной группы летательного аппарата вертикального взлета и посадки.2. Air cooling device for the lower electric motor of the propeller-driven group of vertical take-off and landing aircraft.

На Фиг. 8а представлено устройство воздушного охлаждения для нижнего электродвигателя ВМГ ЛА вертикального взлета и посадки (14), а на Фиг. 8б - схема распределения воздушных потоков в этом устройстве. Устройство (14) включает в себя защитный диск (81), крыльчатку (204), диски очистки (205а, 205б, 205в). Все элементы устройства последовательно собираются на валу (206) электродвигателя (207). Между отдельными элементами устройства устанавливаются регулировочные шайбы (202, 202а, 202б, 202в, 202г, 202д), обеспечивающие необходимый зазор. Электродвигатель с собранными элементами устройства помещен в корпус (208). Атмосферный воздух поступает в устройство (14) снизу через отверстия (91) защитного диска (см. Фиг. 9). (210) - направление выбрасываемых за пределы устройства охлаждения присутствующих в атмосферном воздухе механических примесей и капель жидкости, (211) - выход очищенного воздуха, направляемый на охлаждение обмоток электродвигателя.FIG. 8a shows an air cooling device for the lower electric motor of the VMG aircraft for vertical take-off and landing (14), and FIG. 8b is a diagram of the distribution of air flows in this device. The device (14) includes a protective disc (81), an impeller (204), cleaning discs (205a, 205b, 205c). All elements of the device are sequentially assembled on the shaft (206) of the electric motor (207). Adjusting washers (202, 202a, 202b, 202c, 202g, 202d) are installed between the individual elements of the device, providing the necessary clearance. The electric motor with the assembled elements of the device is placed in a housing (208). Atmospheric air enters the device (14) from below through the holes (91) of the protective disk (see Fig. 9). (210) - the direction of the mechanical impurities and liquid drops present in the atmospheric air emitted outside the cooling device, (211) - the outlet of the purified air directed to the cooling of the electric motor windings.

На Фиг. 9 представлен защитный диск устройства воздушного охлаждения для нижнего электродвигателя ВМГ ЛА (207), который препятствует попаданию в устройство охлаждения крупных механических частиц. Входящий атмосферный воздух попадает внутрь через отверстия (91). (92) - крепежные отверстия, предназначенные для сборки элементов устройства охлаждения. В другом исполнении устройства воздушного охлаждения для нижнего электродвигателя ВМГ ЛА вертикального взлета и посадки защитный диск может быть выполнен из металлической сетки, закрепленной на нижней части корпуса (208).FIG. 9 shows the protective disk of the air cooling device for the lower electric motor VMG LA (207), which prevents large mechanical particles from entering the cooling device. Incoming atmospheric air enters through the openings (91). (92) - mounting holes for assembling the elements of the cooling device. In another version of the air cooling device for the lower electric motor of the VMG aircraft for vertical take-off and landing, the protective disk can be made of a metal mesh fixed to the lower part of the body (208).

Работа устройства воздушного охлаждения для нижнего электродвигателя ВМГ ЛА вертикального взлета и посадки аналогична работе рассмотренного выше устройства воздушного охлаждения для верхнего электродвигателя ВМГ ЛА вертикального взлета и посадки.The operation of the air cooling device for the lower electric motor of the VMG aircraft of vertical take-off and landing is similar to the operation of the above-considered air cooling device for the upper electric motor of the VMG aircraft of vertical take-off and landing.

Claims (3)

1. Устройство воздушного охлаждения электродвигателя, включающее закрепленные на валу электродвигателя корпус и крыльчатку, отличающееся тем, что оно снабжено крышкой, защитным диском и по меньшей мере одним диском очистки, установленными в корпусе и закрепленными на валу электродвигателя, защитный диск выполнен с прорезями, образующими каналы для прохода воздуха к дискам очистки, выполненным с прорезями, образующими каналы для прохода воздуха, а корпус выполнен с отверстиями для выхода через них механических примесей и капель жидкости в процессе работы электродвигателя под действием центробежных сил путем их отталкивания вращающимися дисками очистки к стенкам корпуса, обеспечивая охлаждение электродвигателя очищенным воздушным потоком.1. A device for air cooling of an electric motor, including a housing and an impeller fixed on the electric motor shaft, characterized in that it is equipped with a cover, a protective disk and at least one cleaning disk installed in the housing and fixed on the electric motor shaft, the protective disk is made with slots forming channels for the passage of air to the cleaning discs, made with slots forming channels for the passage of air, and the body is made with holes for the exit of mechanical impurities and liquid drops through them during the operation of the electric motor under the action of centrifugal forces by repulsion by rotating cleaning discs to the walls of the body, providing cooling of the electric motor with a cleaned air stream. 2. Устройство воздушного охлаждения электродвигателя по п. 1, отличающееся тем, что при количестве дисков очистки больше одного они установлены с частичным перекрытием каналов каждого последующего диска каналами предыдущего диска.2. The device for air cooling of the electric motor according to claim 1, characterized in that when the number of cleaning discs is more than one, they are installed with partial overlap of the channels of each subsequent disc by the channels of the previous disc. 3. Устройство воздушного охлаждения электродвигателя по п. 1 или 2, отличающееся тем, что защитный диск выполнен в виде кольца, прорези которого выполнены в виде металлической сетки.3. A device for air cooling of an electric motor according to claim 1 or 2, characterized in that the protective disk is made in the form of a ring, the slots of which are made in the form of a metal mesh.
RU2021114840A 2021-05-24 2021-05-24 Air cooling device for electric motors RU2756842C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2021114840A RU2756842C1 (en) 2021-05-24 2021-05-24 Air cooling device for electric motors

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2021114840A RU2756842C1 (en) 2021-05-24 2021-05-24 Air cooling device for electric motors

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2756842C1 true RU2756842C1 (en) 2021-10-06

Family

ID=78000248

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2021114840A RU2756842C1 (en) 2021-05-24 2021-05-24 Air cooling device for electric motors

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2756842C1 (en)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB1136600A (en) * 1965-07-23 1968-12-11 Massey Ferguson Gmbh Improvements in rotary air cleaners
US3932070A (en) * 1974-02-26 1976-01-13 Ametek, Inc. Electric motor fan unit for wet working air
US20020020295A1 (en) * 1998-08-10 2002-02-21 Moredock James G. Powered low restriction air precleaner device and method for providing a clean air flow to an apparatus such as a combustion engine air intake, engine cooling system, ventilation system and cab air intake system
RU2518921C1 (en) * 2010-04-09 2014-06-10 Альфа Лаваль Корпорейт Аб Centrifugal separator
US10233801B2 (en) * 2014-10-03 2019-03-19 Volvo Truck Corporation Device for cleaning a contaminated crankcase gas

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB1136600A (en) * 1965-07-23 1968-12-11 Massey Ferguson Gmbh Improvements in rotary air cleaners
US3932070A (en) * 1974-02-26 1976-01-13 Ametek, Inc. Electric motor fan unit for wet working air
US20020020295A1 (en) * 1998-08-10 2002-02-21 Moredock James G. Powered low restriction air precleaner device and method for providing a clean air flow to an apparatus such as a combustion engine air intake, engine cooling system, ventilation system and cab air intake system
RU2518921C1 (en) * 2010-04-09 2014-06-10 Альфа Лаваль Корпорейт Аб Centrifugal separator
US10233801B2 (en) * 2014-10-03 2019-03-19 Volvo Truck Corporation Device for cleaning a contaminated crankcase gas

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7967554B2 (en) Turbine cooling air centrifugal particle separator
US5746789A (en) Apparatus for separating particulates from a fluid stream
RU2298868C2 (en) Rail traction motor cooling device and electric motor equipped with such device
US5073177A (en) Rotational particle separator
EP2927504B1 (en) Engine systems for removing particles from turbine air
BRPI1007920B1 (en) INSTALLATION AND METHOD FOR SEPARATING OIL IN PARTICULAR FORM AND / OR MIST OF A FOSSIL GAS MIXTURE TO OBTAIN A SEPARATE GAS
JP2005525214A (en) Powered air cleaning system and air cleaning method
JP7112389B2 (en) Exhaust gases from marine diesel engines, in particular methods and equipment of treatment for the reduction of sulfur oxides in such gases
IL96886A (en) Apparatus for separating relatively more dense particulate matter from a relatively less dense fluid flow
RU2561774C2 (en) Air filtering device at input of internal combustion engine with ventilation device
JP5721117B2 (en) Device for centrifuging solid and / or liquid particles from a gas stream
RU2756842C1 (en) Air cooling device for electric motors
AU2005257672B2 (en) Tunnel fan electrostatic filter
CN114909222A (en) Gas turbine engine including an embedded electric machine and associated cooling system
SE529608C2 (en) centrifugal
US3557537A (en) Dust or sand separators
EP0122795A1 (en) Filter for removing particulates suspended in a fluid, e.g. gaseous medium
WO2008129286A2 (en) Air cleaners for electrical machines
US8951320B2 (en) Device for purifying gas by extracting particles
US6293751B1 (en) Water/solids extracting blower
JP7142250B2 (en) Separator
SE444211B (en) AIR PUMP FOR GAS PUMPING CONTAINING NOTATING PARTICLES
RU2596247C1 (en) Device for cleaning dusty gases
RU2031692C1 (en) Dust collector
CN117411234B (en) Brushless motor for unmanned aerial vehicle