ЭЛЕКТРОМОТОР-КОЛЕСО Российский патент 1994 года по МПК B61C9/48 

Изобретение относится к классу двигателей-машин, непосредственно к электроприводу транспортных средств, в частности железнодорожных.

Известны широко применяемые в автомобилестроении электромотор-колеса с двигателями постоянного или переменного тока, интегрированные с механическими трансмиссиями (Яковлев А. И. Конструкция и расчет электромотор-колес. М. : Машиностроение, 1981, 191 с).

Недостатки механических трансмиссий - потери энергии на трение в подшипниках и зубчатых зацеплениях, сложность технологии изготовления, высокая стоимость эксплуатации, невысокая надежность устройства.

Известна конструкция колесно-моторного блока, в котором колеса смонтированы на отдельных подшипниковых узлах, которые упруго связаны с рамой и расположены с радиальным зазором относительно оси, а ротор электродвигателя выполнен из двух независимых частей.

Однако указанная конструкция требует применения компенсационных муфт, передающих вращающий момент от отдельных частей ротора к колесам экипажа. Эти муфты должны компенсировать относительные перемещения подрессоренной рамы тележки и колес при движении, а также обеспечить высокий уровень прочности и крутильной жесткости при передаче вращающего момента, что весьма трудно осуществить и приводит к увеличению стоимости устройства, снижению надежности, ухудшению массогабаритных показателей.

Цель изобретения - повышение надежности и улучшение массогабаритных показателей электромотор-колеса.

Указанная цель достигается тем, что электромотор-колесо содержит электродвигатель с ротором, выполненным из двух независимых частей с пазами на наружной цилиндрической поверхности одной из них, с кольцевым статором, имеющим пазы на внутренней цилиндрической поверхности и смонтированное на оси в подшипниковом узле колесо. Статор расположен между независимыми частями ротора и закреплен на фланце оси колеса через кольцевые нажимные шайбы и несущий диск посредством стягивающих шпилек. Статор имеет пазы на наружной цилиндрической поверхности. В пазах на внутренней и наружной цилиндрических поверхностях расположены секции обмотки барабанного типа. Обе части ротора выполнены массивными и расположены радиально, одна - внутри кольцевого магнитопровода статора, другая - снаружи и выполнена с пазами на внутренней цилиндрической поверхности. Обе части ротора и колесо скреплены между собой кольцевой желообразной несущей втулкой.

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявляемое устройство отличается тем, что статор расположен между независимыми частями ротора и закреплен на фланце оси колеса через кольцевые нажимные шайбы и несущий диск посредством стягивающих шпилек и имеет пазы на внутренней и наружной поверхностях, в которых расположены секции обмотки барабанного типа. Это позволяет увеличить жесткость крепления статора и уменьшить амплитуду колебаний величин воздушных зазоров, что необходимо для надежности работы электромотор-колеса. Обе части ротора выполнены массивными и расположены радиально, одна снаружи, другая - внутри кольцевого магнитопровода статора и скреплены между собой и колесом кольцевой желообразной несущей втулкой. Внутренний ротор имеет пазы на внешней, наружный ротор - на внутренней цилиндрической поверхностях. Это увеличивает прочность и жесткость передачи электромагнитного момента от ротора к колесу, повышает надежность и улучшает массо-габаритные показатели электромотор-колеса. Сказанное позволяет сделать вывод, что заявляемое устройство соответствует критерию "новизна".

Сравнение заявляемого решения с другими техническими решениями показывает, что известно расположение статора между независимыми частями ротора в двигатель-вентиляторе малой мощности (а. с. N 680113, кл. H 02 K 9/04, 1977). Такое расположение при использовании кольцевой обмотки дает улучшение массогабаритных показателей и упрощает конструкцию применительно к обмоточному материалу (меди), но затрудняет крепление статора (нет свободного места в торцовой зоне сердечника).

В заявляемом устройстве расположение статора между независимыми частями ротора при использовании обмотки барабанного типа дает повышение надежности конструкции за счет освобождения торцовой зоны при увеличении мощности двигателя, а также улучшение массогабаритных показателей за счет активной стали, так как сталь составляет в электрических машинах более половины массы. Это позволяет сделать вывод о соответствии технического решения критерию "существенные отличия".

На фиг. 1 представлена конструктивная схема электромотор-колеса; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - тележка экипажа с четырьмя электромотор-колесами, план; на фиг. 4 - то же, вид сбоку.

Электромоторное колесо содержит электродвигатель 1 с ротором, выполненным из двух кольцевых независимых частей 2 и 3 с пазами 4 на наружной цилиндрической поверхности одной из них, с кольцевым статором 5. Статор имеет пазы 6 на внутренней цилиндрической поверхности. На оси 7 смонтировано в подшипниковом узле 8 колесо. Статор 5 расположен между независимыми частями 2 и 3 ротора и закреплен на фланце 10 оси 7 колеса 9 через кольцевые нажимные шайбы 11 и 12 и несущий диск 13 посредством стягивающих шпилек 14. Статор имеет пазы 15 на наружной цилиндрической поверхности, в которых расположены секции обмотки 16 барабанного типа. Обе части 2 и 3 ротора расположены радиально, одна 2 снаружи, другая 3 внутри кольцевого магнитопровода статора 5 и выполнена с пазами 17 на внутренней цилиндрической поверхности. Обе части ротора 2 и 3 и колесо 9 скреплены между собой кольцевой желообразной несущей втулкой 18. Посредством букс 19 и 20 электромотор-колесо закрепляется в раме тележки (фиг. 3 и 4). Рама тележки состоит из четырех продольных балок 21, связанных к середине. К каждой из этих балок приварены кронштейны 22, к каждому из которых через сайлент-блоки закреплена одна сторона двухплечевого корпуса 23 букс 19 и 20. Другая сторона корпуса 23 буксы соединена эластично с рамой тележки посредством спиральной пружины 24. С кузовом экипажа рама тележки соединена пневморессорами 25 и тягами 26.

Конструкция обмоток 16 барабанного типа электрических машин известна (Костенко М. П. Электрические машины. М. : Энергия, 1975, с. 704). Массивные роторы 2 и 3 асинхронных машин с пазами также известны (Постников В. И. Волновые параметры массивно-роторных электрических машин. Киев: Наукова думка, 1986, 184 с. ).

Кольцевая желообразная несущая втулка 18 может быть определена из конструкционной листовой стали методом штамповки. Скрепление этой втулки с двумя частями 2 и 3 ротора может быть осуществлено сваркой, а с колесом - болтами (фиг. 1).

Кольцевые нажимные шайбы 11 и 12, несущий диск 13 могут быть изготовлены штамповкой и сваркой, либо стальным литьем в кокиль.

Устройство работает следующим образом. Статорные обмотки 16 электродвигателя 1 питаются переменным многофазным током и создают вращающиеся магнитное поле во внутреннем и наружном зазорах электродвигателя. Этим полем в массивных роторных стержнях (зубцах) наводятся токи, которые взаимодействуя с вращающимся полем, создают электромагнитный момент в тангенциальном направлении. Реактивный момент воспринимается статором 5 и через нажимные шайбы 11 и 12, несущий диск 13, фланец 10, ось 7 буксами 19 и 20, закрепленными в балке 21 рамы тележки. Под давлением вращающего момента части роторы 2 и 3, втулка 18 и колесо 9 приходят во вращение. За счет сил сцепления колеса с рельсами тележка с четырьмя электромотор-колесами приходит в движение. Сила тяги от букс 19 и 20 через кронштейны 22 передается на балки 21 рамы тележки, а от рамы - на экипаж через тяги 26. При движении экипажа (тележки) по инерции элекромотор-колеса могут работать в режиме электрического тормоза.

Использование: относится к электроприводу транспортных средств, в частности железнодорожных. Сущность: содержит ось, на которой посредством подшипникового узла смонтировано колесо. Ротор электродвигателя состоит из двух кольцевых независимых частей, которые жестко закреплены в полости ограниченной внутренней, боковой и наружной стенками втулки. Между частями ротора расположен статор, закрепленный на фланце, который жестко закреплен на оси. На цилиндрических поверхностях статора выполнены пазы, в которых размещены отмотки барабанного типа. На цилиндрических поверхностях частей ротора, обращенных в сторону статора, выполнены пазы для охлаждения. 4 ил.

ЭЛЕКТРОМОТОР-КОЛЕСО, содержащее ось, на которой посредством подшипникового узла смонтировано колесо, электродвигатель, ротор которого связан с колесом и выполнен из двух кольцевых независимых частей, а статор выполнен кольцеобразным, отличающееся тем, что оно снабжено фланцем, жестко закрепленным на оси колеса, втулкой, одна из боковых стенок которой соединена с колесом, а внутренней боковой и наружной стенками ограничена полость, внутри которой жестко закреплены обе части ротора, одна из которых размещена внутри другой, а между ними расположен закрепленный на указанном фланце статор, на цилиндрических поверхностях которого выполнены пазы, в которых размещены обмотки барабанного типа, а на цилиндрических поверхностях частей ротора, обращенных в сторону статора, выполнены пазы для охлаждения.