Асинхронный электродвигатель Советский патент 1981 года по МПК H02K9/04 

Изобретение относится к электрическим машинам и может быть использовано для привода различных исполнительных механизмов. Известны конструкции асинхронных электродвигателей, состоящие из статора с обмотками, рабочего ротора в виде полого стакана и расположенного внутри него вспомогательного ферромагнитного ротора. Оба ротора вращаются независимо в отдельных подщипниках. Вспомогательный ротор является внутренним магнитопроводом и служит одновременно для охлаждения электродвигателя 1. Недостатком известных двухроторных асинхронных электродвигателей является низкая эффективность охлаждения, особенно подшипников вспомогательного ротора. Тем самым, надежность и срок службы указанных электродвигателей низкие. Известна конструкция асинхронного электродвигателя, в которой вспомогательный ротор является внутренним магнитопроводом и вентилятором. Вспомогательный ферромагнитный ротор,, размешенный внутри полого рабочего ротора, имеет аксиальные наклонные каналы и при вращении охлаждает электродвигатель по принципу центробежного вентилятора. Охлаждающий воздух из вспомогательного ротора проходит через отверстия в торцевых стенках рабочего ротора 2. Недостатком конструкции является низкая эффективность охлаждения электродвигателя в целом и полное отсутствие охлаждения подшипников вспомогательного ротора. Цель изобретения -- повышение надежности и срока службы электродвигателя за счет повышения эффективности охлаждения. Поставленная цель достигается тем, что на внутренней поверхности вспомогательного ротора выполнены профилированные .вентиляционные лопатки, расположенные под углом к плоскости вращения, а торцевые вентиляционные отверстия рабочего ротора выполнены также под углом к плоскости вращения. При этом асинхронный двухроторный электродвигатель, может иметь на внутренней поверхности вспомогательного ротора с двух сторон профилированные наклонные вентиляционные лопатки, ориентированные таким образом, что создаваемые ими потоки охлаждающего воздуха направлены встреч но, и вентиляционные отверстия и воздухонаправляющую диафрагму в центральной части вспомогательного ротора. На фиг. 1 изображен предлагаемый электродвигатель, общий вид в разрезе; на фиг. 2 - вариант электродвигателя с двух сторонним расположением лопаток. Статор 1 с обмотками 2 запрессован в корпус 3. Рабочий ротор 4, выполненный в виде полого стакана, закреплен на валу 5 и имеет в торцовой части вентиляционные отверстия 6, расположенные под углом к плоскости вращения. Вал 5 вращается в подшипниках 7 и 8. Вспомогательный ферромагнитный ротор 9 установлен на подщипниках 10 и 11 и фиксируется на цилиндрической части подшипникового щита 12 при помощи пружинной шайбы 13 и самоконтрящейся упругой гайки 14. На вспомогательном роторе закреплен центробежный вентилятор 15. В подшипниковых щитах 12 и 16 сделаны вентиляционные окна 17 и 18. Профилированные вентиляционные лопатки 19 выполнены на полой цилиндрической втулке 20, запрессованной во внутреннюю полость вспомогательного ротора 9, и ориентированы под углом к плоскости вращения. Толщина стенки вспомогательного ротора 9 под втулкой 20 равна двойной толщине скинслоя, соответствующей установившемуся значению скольжения вспомогательного ротора 9 при номинальном напряжении и синхронной частоте вращения рабочего ротора 4. Электродвигатель предлагаемой конструкции работает следующим образом. При подаче напряжения на обмотки 2 статора 1 рабочий ротор 4 и вспомогательный ротор 9 начинают вращаться. Поскольку вентиляционные лопатки 19 расположены под углом к плоскости вращения, то вспомогательный ротор 9 тянет на себя воздух, несколько закручивая его и перемещая вдоль оси по принципу осевого вентилятора. Воздух поступает во внутреннюю полость вспомогательного ротора 9 через вентиляционные отверстия 6, причем, поскольку последние расположены под углом к плоскости вращения, при вращении рабочего ротора на охлаждающий воздух действуют дополнительные динамические и центробежные усилия, направленные согласно с основным, развиваемым за счет вентиляционных лопаток 19 и центробежного вентилятора 15. Направление потока воздуха показано на чертеже стрелками. Охлаждающий воздух засасывается в вентиляционные окна 17, проходит через вентиляционные отверстия 6, через внутреннюю полость вспомогательного ротора 9 и выбрасывается центробежным вентилятором 15 в вентиляционные окна 18, смывая на своем пути все нагревающиеся части электродвигателя. Интенсивное охлаждение обеспечивается и при работе рабочего ротора 4 на упор. В другом варианте электродвигателя статор 21 с обмотками 22 запрессован в корпус 23. Рабочий полый ротор 24 закреплен на валу 25 и имеет вентиляционные отверстия 26-28. Вал 25 установлен на подшипниках 29 и 30. Вспомогательный ферромагнитный моноблочный ротор 31 установлен на подшипниках 32 и 33 и имеет в центральной части вентиляционные отверстия 34. Подшипниковые опоры 35 выполнены на втулке 36. Профилированные вентиляционные лопатки 37 и 38 выполнены на полых цилиндрических втулках 39 и 40, запрессованных во внутреннюю полость вспомогательного ротора 31 с обоих концов, и ориентированы под углом к плоскости вращения таким образом, что создаваемые ими при вращении вспомогательного ротора 31 потоки охлаждающего воздуха направлены в противоположные стороны. В центральной части внутренней полости вспомогательного ротора 31 под вентиляционными отверстиями 34 запрессована воздухонаправляющая диафрагма 41. Статор 21 имеет радиальные вентиляционные каналы 42, а на внутренней поверхности корпуса 23 выполнены аксиальные ребра, обеспечивающие между статором и корпусом вентиляционные каналы 43. В подшипниковых щитах 44 и 45 выполнены вентиляционные окна 46 и 47. На внутренней поверхности подшипниковых щитов 44 и 45 закреплены диафрагмы 48 и 49. В корпусе 23 выполнены вентиляционные окна 50 и 51. Электродвигатель предлагаемой конструкции работает следующим образом. При подаче напряжения на обмотки 22 статора 1 рабочий ротор 24 и вспомогательный ротор 31 начинают вращаться. Поскольку профилированные вентиляционные лопатки расположены под углом, то вспомогательный ротор 31 перемешает охлаждающий воздух вдоль оси по принципу осевого вентилятора. Воздух поступает во внутреннюю полость вспомогательного ротора 31 с обоих сторон через вентиляционные окна 46 и 47 и вентиляционные отверстия 34, направляется диафрагмой 41 в вентиляционные отверстия 34, проходит через сквозные пазы и вентиляционные каналы 42 и 43 к выбрасывается в вентиляционнь1е окна 46 и 47. Направление воздуха показано на фиг. 2 стрелками. Диафрагмы служат для дифференцирования входящего и выходящего воздушных потоков. При изменении направления вращения электродвигателя направления воздушных потоков изменяется соответственно на противоположные. Интенсивное охлаждение обеспечивается и при работе рабочего ротора на упор. Достоинством предлагаемого электродвигателя является то, что в нем обеспечивается интенсивное охлаждение при любых режимах работы рабочего ротора, в том числе и при работе его на упор. Наличие профилированных вентиляционных лопаток на внутренней поверхности вспомогательного ротора и наклонных вентиляционных отверстий в торцевой части рабочего ротора обеспечивает интенсивное аксиальное перемещение хладоагента. За счет того, что толщина стенки вспомогательного ротора под вентиляционными лопатками равна двойной толщине скин-слоя, обеспечиваются максимальная высота этих лопаток и минимальное аэродинамическое сопротивление внутренней полости вспомогателного ротора, при этом сохраняются интегральные параметры вспомогательного ротора. Тем самым, тепловой режим работы подщипников вспомогательного ротора и электродвигателя в целом значительно улучщается. Фиксация вспомогательного ротора на цилиндрической части подщипникового щита при помощи пружинной щайбы и самоконтрящейся упругой гайки предотвращает его осевые перемещения при одновременном обеспечении возможности теплового расщирения. Поскольку вспомогательный ротор механически не связан с валом рабочего ротора, то осевые и радиальные усилия, действующие на него, не влияют на напряжение трогания и электромеханическую постоянную времени рабочего ротора. Наличие воздухонаправляющих диафрагм, вентиляционнь1х отверстий в обоих роторах и вентиляционных каналов в статоре обеспечи ает интенсивное аксиальнорадиальное перемещение охлаждающего воздуха. Кроме того, наличие сквозных вентиляционных пазов в рабочем роторе уменьщает его момент инерции, тем самым уменьщается -напряжение трогания и электромеханическая постоянная времени. В результате перечисленных качеств повышается надежность и срок службы предлагаемого

электродвигателя при высоких выходных показателях и расщиряется область его применения.

Формула изобретения

1. Асинхронный электродвигатель, содержащий статор с сердечником и обмоткой, рабочий полый ротор с торцовыми вентиляционными отверстиями, вспомогатедный ротор, расположенный на подшипниках во внутренней полости рабочего ротора, и центробежный вентилятор, закрепленный, на вспомогательном роторе, отличающийся тем, что, с целью повыщения надежности путем повыщения эффективности охлаждения, на внутренней поверхности вспомогательного ротора установлены с. наклоном профилированные вентиляционные лопатки.

2.. Электродвигатель по п. 1, отличающийся тем, что торцовые вентиляционные отверстия рабочего ротора выполнены на0клонными.

3.Электродвигатель по п. 1, отличающийся тем, что профилированные вентиляционные лопатки расположены в торцовых частях вспомогательного ротора с возможностью подачи охлаждающего воздуха в про5тивоположные направления, а сердечник статора, полый рабочий и вспомогательный роторы имеют радиальные вентиляционные каналы.

4.Электродвигатель по п. 1, отличающийся тем, что во внутренней полости вспомогательного ротора установлена воздухонаправляющая диафрагма.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Патент Голландии № 103835,

5 кл. Н 02 К, 1963.

2.Патент ГДР № 18393, кл. 21 d 55/01, I960.