SI22564A - Hlajenje motorja z zunanjim rotorjem s prisilnim vlekom zraka skozi motor - Google Patents

Abstract

Izum omogoča pri elektromotorjih z zunanjim rotorjem boljše hlajenje in s tem večje izkoristke, ter ekonomičnost delovanja. Hladilni zrak vstopa centralno skozi luknjo (11), ter preko prečnih lukenj (12,13) v votli gredi (3) v notranjost motorja, kjer radialno oblikovani kanali (13,15), ustvarijo tok za hlajenje. Hladilni zrak izstopa skozi luknje (16), na pokrovu rotorja (7) in režo (17) iz motorja. Za zaščito pred škodljivimi vplivi prahu in vode, je pred vstopom (11) zraka v os (3),nameščen pokrov z labirintom (18) ali zračno prepustno membrano.

Description

Predmet izuma je izvedba hlajenja elektromotorja z zunanjim rotorjem. Elektromotor z zunanjim rotorjem ima za razliko od klasičnih indukcijskih motorjev, stator z električnim navitjem nameščen znotraj rotorja. Zunanji rotor je uležajen na osi motorja. Lopatice ventilatorja so nameščene neposredno na rotor. Zato je tak motor racionalnejša izbira za aksialne, pa tudi določene vrste centrifugalnih ventilatorjev. Zaradi potrebe po vse boljših izkoristkih motorja, se pojavljajo tudi vse večje temperature na statorju, ki jih je potrebno zmanjšati. Glavnina toplote se iz motorja odvaja prek zunanjega rotorja, ki se vrti in preko njega teče tok zraka, ki ga poganja ventilator. Obstoječa konstrukcija motorja je zelo neugodna za ovajanje toplote iz statorja. Stator z navitjem, ki je generator toplote v motorju, je povezan z rotorjem samo preko ležajev. Prek ležajev pa se odvede premalo toplote in tako so izkoristki motorja manjši, kot bi lahko bili ob izdatnejšem hlajenju. Ker je stator zaprt v rotorju z okrovom, tudi ni cirkulacije zraka, ki bi ga hladil.

Predmet izuma je motor z zunanjim rotorjem z prisilnim tokom zraka skozi motor. Zračni tok je dosežen s konstrukcijskimi rešitvami na motorju. Značilnost izuma je v :

- Os motorja je votla in omogoča vstop zraka s sprednje strani motorja.

- Na osi motorja so izvedene prečne luknje za vstop zraka v prostor, ki je omejen z geometrijo statorja in rotorja.

- Na notranji strani pokrova rotorja so izvedeni radialni kanali, ki ustvarjajo radialni tok hladnega zraka.

- V pokrovu rotorja so izvedene luknje skozi katere hladilni zrak izstopa iz statorskega prostora v medprostor pri pritrdilni prirobnici in izstopa skozi labirint med rotorskim pokrovom in pritrdilno prirobnico.

Vse opisane spremembe na motorju ustvarjajo prisilni vlek hladilnega zraka skozi motor in s tem hlajenje statorskega navitja, kar izkoristimo za povečanje obremenitve motorja in posledično povečan izkoristek motorja.

Glede na stopnjo zaščite pred škodljivimi učinki vode in prahu, ter varnost delovanja po IEC 60529 (IP Code), ki je obvezna za ta tip ventilatorjev, se izvede zaščita na vstopu zraka v votlo os motorja.

Značilnost izuma zaščite pred škodljivimi vplivi je, da ob zadostnem - potrebnem dovodu zraka v votlo os, poskrbi, da v motor ne more prodreti voda in prah v škodljivih količinah. Zaščita se lahko izvede na dva načina:

- Pokrovček z luknjami ob strani, nameščen na rotorju, pri vstopu zraka v votlo gred, dovoli vstop zraka, vendar preprečuje neposreden dostop vodi in prahu.

- Namesto pokrovčka namestimo na rotor zračno-prepustno toda vodo-nepropustno membrano (expanded polytetrafluoroethylene (ePTFE), ki zagotovi še višjo stopnjo zaščite. Velikost membrane se določi glede na prepustnost membrane in potrebno količino zraka za hlajenje.

Na obstoječih tehničnih rešitvah ni poznana konstrukcija, ki bi omogočala dodatno hlajenje s samodejno centrifugalno cirkulacijo zraka skozi motor in zaščito po IEC 60529 (IP Code). Vse znane rešitve se ukvarjajo z hlajenjem motorja z hladilno kapljevino na različne načine, kar pa zaradi zahtevnosti izvedbe, ni primemo za velikoserijsko proizvodnjo.

Izum bo opisan z izvedbenim primerom in sliko, ki prikazuje:

Slika 1: Prerez motorja z zunanjim rotorjem z glavnimi sestavnimi deli in dodelavami za izvedbo ter shematski prikaz poti hladilnega zraka skozi motor

Na sliki 1 je prikazan tipičen asinhronski motor z zunanjim rotorjem. Motor se največkrat uporablja za pogon aksialnih, pa tudi centrifugalnih ventilatorjev. Motor je sestavljen iz statorja in rotorja. Stator je sestavljen iz statorskega paketa 1, statorskega navitja 2 in osi motorja 3. Statorski paket 1 je sestavljen iz lamel elektro pločevine, navitje 2 je iz bakrene žice. Statorski paket 1 je natisnjen na os motorja. Stator je uležajen z ležajema 4 v rotor. Rotor je sestavljen iz rotorskega paketa 5 (izdelanega iz lamel elektro pločevine), zalitega v aluminijasto ohišje 6 in aluminijastega pokrova rotorja 7. Stator je preko osi 3, pritrjen na pritrdilno prirobnico 8, ki služi za pritrditev motorja (ventilatorja) na stroj.

Običajno je v os statorja 3 izvrtana izvrtina 9, ki je namenjena razvodu kablov v priključno škatlo 10. V primeru izuma je luknja 9 podaljšana po celi dolžini osi. Tako dobimo vstop 11 za hladilni zrak. Z dodatnimi prečnimi luknjami 12 v osi 3, omogočimo vstop hladilnega zraka v spodnji del motorja. Tu radialni kanali 13, ustvarijo radialni tok hladilnega zraka, ki skozi režo 14 med statorskim paketom 1 in rotorskim paketom 5, izstopa v zgornji del motoija. Podobna pot zraka je tudi skozi zgornji del motorja. Skozi luknjo 9 v osi 3, hladilni zrak doseže prečne luknje 14 in vstopa v zgornji del motoija. Tako kot v spodnjem delu motorja, tudi v zgornjem radialni kanali 15, na pokrovu rotorja 7, ustvarjajo radialni tok hladilnega zraka. Skozi luknje 16 na pokrovu rotorja 7, hladilni zrak izstopa v prostor med pokrovom rotorja 7 in prirobnico motorja 8. Iz medprostora zrak skozi špranjo 17, izstopa iz motoija.

Skupna površina lukenj 12 in 14 mora biti enaka ali večja (kolikor dopuščajo mehanske razmere) od površine vstopne luknje 11 v osi motoija 3 (ΣΑ12 + ΣΑ14 > Ali). Skupna površina izstopnih lukenj 16 na pokrovu rotorja, pa je lahko bistveno večja od površine vstopne luknje 11 v osi motorja 3 (ΣΑ16 »Ali).

Na sliki 1 je s puščicami shematsko prikazana pot zraka skozi motor.

Zaščita pred vdorom prahu in vode, katera bi lahko imela škodljive posledice po IEC 60529 (IP Code) je potrebna pri vstopu 11 hladilnega zraka v luknjo 9, osi 3. Izvedba je odvisna od zahtevane stopnje zaščite.

Zaščita 18 preprečuje neposreden vstop vode skozi vstop 11, v luknjo 9, osi 3. Hkrati pa skozi stransko režo 19 prepušča dovolj zraka za hlajenje motorja.

Namesto zaščite 18, lahko uporabimo tudi zračno-prepustno, toda vodo-nepropustno membrano (expanded polytetrafluoroethylene (ePTFE)), (ni na sliki), ki jo vgradimo v venec 20 in s tem preprečimo vstop vode in prahu v motor.

Pri izstopu hladilnega zraka ni potrebna dodatna zaščita, saj zadostuje že obstoječa špranja, med pokrovom rotorja 7 in pritrdilno prirobnico 8.

Claims (1)

1. Motor z zunanjim rotorjem, ki je sestavljen iz statorskega paketa (1) z bakrenim navitjem (2), v katerega je natisnjena os (3), na katero je prek ležajev (4) vležajen rotor (6) z rotorskim paketom (5) in pokrovom rotorja (6), označen s tem, da skozi luknjo (11) in nadalje preko prečnih lukenj (12, 14) v osi (3) motoija, katerih površina mora enaka ali večja glede na površino luknje (11), prehaja hladilni zrak v medprostor (20), kjer radialni kanali (13) ustvarjajo radialni zračni tok, ki hladi navitje statoija (2), ter nato preko reže (14) med statorjem in rotorjem zapušča motor skozi luknje (16) na pokrovu rotorja (7), katerih površina mora biti bistveno večja od površine luknje (11), in naprej skozi režo (17), pod prirobnico motorja (8).