БЕСКОНТАКТНЫЙ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЬ ПОСТОЯННОГО ТОКА Российский патент 2012 года по МПК H02K29/08 H02K29/03 

Изобретение относится к деталям машин и может быть использовано в составе агрегатов терморегулирования и приводов изделий космической техники.

Известен бесконтактный электродвигатель постоянного тока, содержащий цилиндрический корпус и установленные в нем статор и ротор с валом, установленный на торце корпуса коммутатор с клеммной колодкой на его торце [1]. Недостатком этого электродвигателя является его неремонтопригодность в агрегатах космических летательных аппаратов, так как при отказе коммутатора электродвигатель полностью теряет свою работоспособность.

Этого недостатка лишен бесконтактный электродвигатель постоянного тока, содержащий снабженный фланцем цилиндрический корпус с диаметром d, размещенный в корпусе статор и ротор и установленную на противоположном фланцу торце корпуса цилиндрическую клеммную колодку с диаметром D>d, выбранный в качестве прототипа [2]. Коммутатор этого электродвигателя выполнен в виде отдельного блока, подключаемого через электрический соединитель, и в случае отказа коммутатора требуется только его замена, не требующая замены собственно электродвигателя, установленного в агрегате, что обычно невозможно на борту космического летательного аппарата.

Недостатком такого бесконтактного электродвигателя постоянного тока является недостаточный теплоотвод при использовании электродвигателя в составе электронасосных агрегатов значительной мощности космических летательных аппаратов. Обычно электродвигатель в таких конструкциях закрывается герметизирующим колпаком, как показано в [3]. Колпак служит для предотвращения вытекания жидкости из гидросистемы в случае разгерметизации жидкостной полости электродвигателя. Тепло, выделяющееся в обмотках статора при работе электродвигателя, отводится через цилиндрический корпус на фланец и далее - на корпус электронасосного агрегата, охлаждаемый перекачиваемой им жидкостью. В незначительной степени тепло также передается на герметизирующий колпак. Из-за малой теплопроводности воздуха и отсутствия конвекции в полости колпака вследствие невесомости этот путь для теплоотвода неэффективен, и в случае малого расхода, создаваемого ЭНА (например, при блокировании рабочих колес воздухом, скапливающимся в процессе эксплуатации гидросистемы, после неоднократной смены вырабатывающих ресурс электронасосных агрегатов) возможно повышение температуры электродвигателя выше допустимой нормы, что приводит к снижению ресурса электродвигателя.

Техническим результатом, достигаемым с помощью заявленного изобретения, является увеличение теплоотвода от электродвигателя путем обеспечения теплопередачи от корпуса бесконтактного электродвигателя постоянного тока на герметизирующий колпак.

Технический результат достигается за счет того, что известный бесконтактный электродвигатель постоянного тока, содержащий снабженный фланцем цилиндрический корпус с диаметром d, размещенный в корпусе статор и ротор, и установленную на противоположном фланцу торце корпуса цилиндрическую клеммную колодку с диаметром D>d, согласно изобретению снабжен установленной на цилиндрическом корпусе между фланцем и клеммной колодкой тонкостенной теплопередающей обоймой в виде тела вращения, прилегающие к торцам участки обоймы выполнены в виде цилиндров с внутренним диаметром d, а средняя часть выполнена в виде цилиндра с наружным диаметром D₁>D, при этом прилегающие к торцам участки обоймы соединены с ее средней частью наклонными участками, монотонно увеличивающимися в диаметре по мере перехода от каждого прилегающего к торцу участка обоймы до ее средней части, на обойме по всей ее длине выполнена меридиональная прорезь, а на участке между торцами обоймы выполнены пересекающие среднюю часть и наклонные участки обоймы меридиональные пазы.

На фиг.1 приведен пример конкретного выполнения бесконтактного электродвигателя постоянного тока, совмещение вида с продольным разрезом; на фиг.2 - то же, поперечный разрез по А-А, электродвигатель условно показан нерассеченным.

Бесконтактный электродвигатель постоянного тока содержит цилиндрический корпус 1 с диаметром d, снабженный фланцем 2. В корпусе 1 размещены статор 3 и ротор 4 (в виде постоянного магнита) с валом 5. На противоположном фланцу 2 торце 6 корпуса 1 установлена цилиндрическая клеммная колодка 7 с диаметром D>d. Бесконтактный электродвигатель постоянного тока снабжен установленной на цилиндрическом корпусе 1 между фланцем 2 и клеммной колодкой 7 тонкостенной теплопередающей обоймой 8 в виде тела вращения. Прилегающие к торцам участки 9 и 10 обоймы 8 выполнены в виде цилиндров с внутренним диаметром d, а средняя часть 11 выполнена в виде цилиндра с наружным диаметром D₁>D. Участки 9 и 10 обоймы 8 соединены с ее средней частью 11 наклонными участками 12 и 13 соответственно, монотонно увеличивающимися в диаметре по мере перехода от каждого прилегающего к торцу участка 9 или 10 обоймы 8 до ее средней части 11. На обойме 8 по всей ее длине выполнена меридиональная прорезь 14, а на участке между торцами обоймы 8 выполнены пересекающие среднюю часть 11 и наклонные участки 12 и 13 обоймы 8 меридиональные пазы 15. На верхней части фиг.1 пунктирным контуром (так как она не входит в состав бесконтактного электродвигателя постоянного тока) показана часть герметизирующего колпака 16, который закрывает электродвигатель в случае установки его в электронасосном агрегате. Внутренняя цилиндрическая поверхность колпака 16 контактирует с наружной поверхностью средней части 11 обоймы 8. На фланце 2 выполнены отверстия 17 для крепления электродвигателя. Бесконтактный электродвигатель постоянного тока подключается к сети постоянного напряжения через электронный коммутатор (не показан).

Бесконтактный электродвигатель постоянного тока работает следующим образом. При подаче питающего напряжения на коммутатор последний вырабатывает последовательность сигналов, подаваемых на обмотки статора 3. Создаваемое этими сигналами магнитное поле взаимодействует с ротором 4 и вызывает его вращение вместе с валом 5. Выделяемое в электродвигателе тепло, поступающее на корпус 1, передается к фланцу 2 за счет теплопроводности корпуса и далее - на элемент конструкции (в частности, корпус электронасосного агрегата), к которому крепится электродвигатель. Кроме того, часть тепла за счет теплопередачи поступает от наружной цилиндрической поверхности корпуса 1 на участки 9 и 10 обоймы 8, так как эти участки поджаты к наружной цилиндрической поверхности корпуса 1 за счет упругой деформации участков 12 и 13. Для обеспечения хорошего контакта, а значит, и эффективной теплопередачи номинальное значение диаметра D₁ выбирают большим или равным максимально возможному значению, с учетом допуска на размер, внутреннего диаметра герметизирующего колпака 16. При монтаже колпака 16 производят его осевое перемещение к фланцу 2, при этом за счет наличия меридиональных пазов 15 происходит упругая деформация участков 12 и 13, разделенных этими пазами, и наружный диаметр средней части 11 уменьшается до фактического значения внутреннего диаметра герметизирующего колпака 16. Разделенные меридиональными пазами 15 участки 12 и 13 обоймы 8 работают как пружины изгиба в виде отдельных пластин. Усилия, возникающие в процессе упругой деформации участков 12 и 13, прижимают участки 9 и 10 к наружной цилиндрической поверхности корпуса 1, а среднюю часть 11 - к внутренней поверхности герметизирующего колпака 16. Соответственно тепло, поступающее от участков 9 и 10, поступает за счет теплопередачи через участки 12 и 13 соответственно на среднюю часть 11 обоймы 8, и оттуда передается на герметизирующий колпак 16, который находится во внутреннем объеме космического летательного аппарата, где за счет средств вентиляции осуществляется принудительная конвекция воздуха и, соответственно, теплосъем с наружной поверхности герметизирующего колпака 16. Таким образом, образуется дополнительный путь теплопередачи от бесконтактного электродвигателя постоянного тока, что приводит к увеличению теплоотвода от электродвигателя, снижению его рабочей температуры и повышению ресурса. Выполнений по всей длине обоймы 8 меридиональной прорези 14 необходимо для обеспечения монтажа обоймы через наружный диаметр клеммной колодки, превышающий внутренний диаметр обоймы - ее разжимают в пределах упругих деформаций, продвигают на участок между фланцем и клеммной колодкой и возвращают в исходное состояние, снимая деформирующее усилие. Условие D₁>D необходимо для обеспечения монтажа герметизирующего колпака 16, не повреждающего наружный диаметр клеммной колодки. Конкретные значения толщины стенки обоймы, количества меридиональных пазов 15, углов наклона участков 12 и 13 определяются обычными инженерными расчетами, исходя из известных из сопротивления материала методов определения напряжений в стенках разделенных меридиональными пазами 15 участков 12 и 13, при которых сохраняются условия упругих деформаций, и известных из физики методов расчета тепловых потоков от наружной поверхности электродвигателя к внутренней поверхности герметизирующего колпака. Существенным преимуществом является возможность установки теплопередающей обоймы на серийно выпускаемые электродвигатели (например, электродвигатели типа ДБ по ОСТ В 16 0.515.081-86, специально разработанные и широко применяемые в изделиях космической техники) без доработки последних.

Указанные преимущества - увеличение теплоотвода от электродвигателя путем обеспечения теплопередачи от корпуса бесконтактного электродвигателя постоянного тока на герметизирующий колпак - позволяют рекомендовать заявленное техническое решение к использованию в агрегатах ракетно-космической техники.

Литература

1. Е.М.Михайлов. "Особенности конструирования и технологии изготовления бесконтактных электродвигателей постоянного тока для космической техники", диссертация в виде научного доклада на соискание ученой степени кандидата технических наук, М., типография HПП ВНИИЭМ, 1999, стр.15, 16 и рис.2.

2. Отраслевой стандарт. Электродвигатели постоянного тока бесконтактные типа ДБ 60. Технические условия. ОСТ В 16 0.515.08-86, стр.41, приложение 1. (прототип).

3. А.В.Бобков. «Центробежные насосы систем терморегулирования космических аппаратов», Владивосток, «Дальнаука», 2003, стр.209, рис.7.17.

Изобретение относится к области электротехники и деталей машин и может быть использовано в составе агрегатов терморегулирования и приводов изделий космической техники. Существующие бесконтактные электродвигатели обладают недостаточным теплоотводом от электродвигателя. Технический результат, достигаемый при использовании настоящего изобретения, состоит в увеличении теплоотвода от электродвигателя путем обеспечения теплопередачи от корпуса бесконтактного электродвигателя постоянного тока на герметизирующий колпак. Бесконтактный электродвигатель постоянного тока содержит снабженный фланцем цилиндрический корпус, размещенный в корпусе статор и ротор и установленную на противоположном фланцу торце корпуса цилиндрическую клеммную колодку. Он снабжен установленной на цилиндрическом корпусе между фланцем и клеммной колодкой тонкостенной теплопередающей обоймой в виде тела вращения, прилегающие к торцам и средний участки обоймы выполнены в виде цилиндров, при этом прилегающие к торцам участки обоймы соединены с ее средней частью наклонными участками, монотонно увеличивающимися в диаметре по мере перехода от каждого прилегающего к торцу участка обоймы до ее средней части. На обойме по всей ее длине выполнена меридиональная прорезь, а на участке между торцами обоймы выполнены пересекающие среднюю часть и наклонные участки обоймы меридиональные пазы. 2 ил.

Бесконтактный электродвигатель постоянного тока, содержащий снабженный фланцем цилиндрический корпус диаметром d, размещенные в корпусе статор и ротор и установленную на противоположном фланцу торце корпуса цилиндрическую клеммную колодку диаметром D>d, отличающийся тем, что он снабжен установленной на цилиндрическом корпусе между фланцем и клеммной колодкой тонкостенной теплопередающей обоймой в виде тела вращения, прилегающие к торцам участки обоймы выполнены в виде цилиндров с внутренним диаметром d, а средняя часть выполнена в виде цилиндра с наружным диаметром D₁>D, при этом прилегающие к торцам участки обоймы соединены с ее средней частью наклонными участками, монотонно увеличивающимися в диаметре по мере перехода от каждого прилегающего к торцу участка обоймы до ее средней части, на обойме по всей ее длине выполнена меридиональная прорезь, а на участке между торцами обоймы выполнены пересекающие среднюю часть и наклонные участки обоймы меридиональные пазы.