Торцевой двигатель

 

Использование: в одно- и трехфазных торцовых двигателях. Сущность изобретения: лопасти вентилятора расположены между двумя роторами и жестко соединены с ними. Кроме функций лопастей вентилятора лопасти выполняют функции оребрения и выравнивателей температурных потенциалов роторов. 1 ил.

Изобретение относится к электромашиностроению и может быть использовано при изготовлении одно- и трехфазных двигателей, в том числе для бытовых многопрофильных систем.

Известны двигатели, например, серий АО 4А, АИР (Асинхронные двигатели серии 4А. Справочник. М. Энергоатомиздат, 1982, с.502), охлаждение которых осуществляется по принципу машины с внутренней самовентиляцией. В такой конструкции машины вентилятор закреплен на валу вместе с ротором и вращение последнего приводит во вращение вентилятор.

Воздух, нагнетаемый вентилятором, обдувает статор и ротор, охлаждая их поверхности. Подобная конструкция охлаждения машины обеспечивает снижение средней температуры машины, но в связи с тем, что вентилятор установлен только с одного торца машины, в основных частях машины (магнитопровод и обмотка статора, ротор) возникают градиенты температуры, что приводит к перегреву основных частей машины в отдельных точках.

Кроме того, при использовании двигателей общепромышленного исполнения самой нагретой областью являются лобовые части обмоток. Охлаждение этих нагретых областей происходит за счет конвективного теплообмена между обмотками двигателя и движущимся относительно их в аксиальном направлении и по образующей окружности воздухом, нагнетаемым вентилятором.

В случае использования асинхронного двигателя с массивным ротором, когда самой нагретой областью (ротором) и воздухом незначителен, так как вентилятор, насаженный на вал ротора, и ротор вращаются с одинаковой угловой скоростью. Из-за разной температуры основных узлов машины (ротор обмотка и магнитопровод статора) в аксиальном направлении возникают градиенты температуры, что отрицательно сказывается на электромагнитных нагрузках и, как следствие, ухудшаются рабочие и энергетические характеристики машины.

Часто в практике с учетом условий компановки встречаются одно- и двухстаторные торцовые (плоские) двигатели ( к примеру, двигатели серии АДПО, (Игнатов В.А. Вильданов К.Я. Торцовые асинхронные электродвигатели интегрального изготовления, М.Энергоатомиздат, 1988, с,301), принятые за прототип. В таких двигателях на валу со стороны нерабочих торцовых поверхностей статоров расположены два вентилятора охлаждения. Вращаясь, они нагнетают с двух сторон воздух.

При такой конструкции двигателя хладагент проходит в полом пространстве статора (между внутренним диаметром статора и валом), в котором и вращается вал двигателя, и через вентиляционные отверстия в роторе. Применение такой конструкции охлаждения, в том числе и в двигателе с массивным ротором-диском, позволяет снизить среднюю температуру основных частей машины. В то же время подобная конструкция имеет ряд недостатков.

При выполнении двигателя в двухстаторном варианте, когда вращение на общий вал передается от двух роторов, необходимо, чтобы эти роторы вращались синхронно. В связи с тем, что из-за некоторых конструктивных или технологических допусков роторы могут иметь разные температуры, оказывающие влияние на их теплотехнические параметры и, как следствие, на их электромагнитные параметры и, как следствие, на режим работы каждой пары статор-ротор, угловые скорости вращения роторов могут отличаться, что крайне недопустимо, т.е. кроме обеспечения чисто механической инвариантности двух пар статор-ротор указанная конструкция не обеспечивает равенство температур роторов-дисков.

Кроме того, не предусмотрены конструктивные решения, позволяющие снизить среднюю температуру роторов и обеспечить равномерность их нагрева, что, в конечном итоге, должно привести к увеличению жесткости механической характеристики из-за понижения активного сопротивления ротора-диска. Расположение в одном двигателе двух вентиляторов приводит к повышению массогабаритных и стоимостных показателей машины и к увеличению механических потерь (потери на вентиляцию).

Указанных недостатков лишен двигатель, у которого вентиляторы, как таковые, отсутствуют, а два ротора-диска со стороны нерабочих торцовых поверхностей соединены лопастями, которые одновременно выполняют функции лопастей вентилятора, охлаждающих ребер (за счет развития поверхностей ротора), стержней, обеспечивающих выравнивание температур роторов-дисков и их дополнительную механическую связь.

На чертеже изображен двухстаторный двигатель.

Он содержит корпус 1 с входными 2 и выходными 3 вентиляционными каналами. На корпусе 1 укреплены два статора 4 торцового типа с обмотками 5. На валу 6, закрепленном в подшипниковых узлах 7, установлены роторы-диски 8, скрепленные вентиляционными лопатками-лопастями 9. Между роторами-дисками 8 и статорами 4 находятся рабочие воздушные зазоры 10. Стрелками показано движение охлаждающего воздуха в двигателе.

Толщина роторов-дисков больше глубины проникновения электромагнитной волны. Такая особенность конструкции обеспечивает невлияние лопастей-стержней на картину поля в роторе, оставаясь тем не менее дополнительной и весьма развитой поверхностью охлаждения роторов, обеспечивая выравнивание теплового потенциала между двумя роторами-дисками.

Предложенная конструкция работает следующим образом.

На обмотки 5 статоров 4 подается трехфазное или однофазное (с применением конденсатора) напряжение, что создает вращающиеся магнитные поля. Причем обмотки 5 статоров 4 подключены так, чтобы магнитные поля вращались встречно, что при зеркальном расположении статоров фактически обеспечивает их вращение в одну сторону. Вращающиеся поля в статорах наводят (каждый в своем) в роторах-дисках 8 вихревые токи. Взаимодействие вихревых токов роторов 8 с вращающимися магнитными полями своих статоров 4 создает вращающиеся моменты, которые передаются на общий вал 6, закрепленный в подшипниковых узлах 7.

Вращающаяся конструкция, включающая в себя такие основные детали, как два диска-ротора и лопасти-стержни, расположенные со стороны торцовых нерабочих поверхностей дисков, фактически представляет собой центробежный вентилятор. Вращаясь, такой вентилятор обеспечивает движение воздуха, как показано стрелками, охлаждая конструкции двигателя, что исключает необходимость установки дополнительных вентиляторов на валу.

Кроме того, лопасти-ребра 9 увеличивают дополнительную поверхность охлаждения дисков-роторов, обеспечивают механический контакт во многих точках между двумя дисками, что обеспечивает выравнивание тепловых потенциалов роторов и, как следствие, в конечном итоге, инвариантность электромагнитных нагрузок и механических характеристик двух частей двигателя.

Ребристая торцовая поверхность роторов-дисков, не обращенная к своему статору, (нерабочая поверхность) не участвует в формировании магнитного поля, так как ребра-лопасти находятся за зоной проникновения электромагнитной волны.

Вышеописанная конструкция двигателя может применяться и в одностаторном исполнении, что позволяет обходиться без дополнительного вентилятора на валу. Вышеописанная конструкция двигателя позволяет уменьшить массогабаритные и стоимостные показатели, снизить установленную мощность двигателя, так как уменьшаются механические потери в двигателе, обеспечивает равномерное вращение двигателя, выравнивает условия работы каждого из двух частей двухстаторного двигателя.

Отличительные признаки предложенной конструкции. Лопасти вентилятора расположены между двумя роторами-дисками, заменяя два насаженных на вал двигателя вентилятора. Лопасти вентилятора выполняют одновременно функции лопастей вентилятора как такового и функции дополнительного оребрения дисков, увеличивая тем самым поверхность охлаждения, т.е. используются лопасти по новому назначению. Лопасти вентилятора выполняют также функции выравнивателей тепловых потенциалов роторов-дисков (новое назначение), что обеспечивает инвариантность электромагнитных и электромеханических параметров двух частей машины.

Формула изобретения

ТОРЦЕВОЙ ДВИГАТЕЛЬ, содержащий корпус, вал, два обращенных друг к другу сердечника, между которыми образованы вентиляционные каналы, и ребра, расположенные на обращенных друг к другу поверхностях указанных сердечников, отличающийся тем, что указанные сердечники закреплены на валу и ребра выполнены в форме лопастей и с соединением поверхностей сердечников.

РИСУНКИ

Рисунок 1