CZ300907B6 - Ventilátorové zarízení a elektrický motor pro kolejovou trakci vybavený tímto zarízením - Google Patents

Abstract

Zarízení pro ventilaci elektrického motoru (1) pro kolejovou trakci zahrnující - odstredivý ventilátor (24) schopný otácení v jednom nebo obou smerech, umístený ve vstupní komore (C) vzduchu a vhánející proud (F.sub.1.n.) vzduchu smerem k motoru (1), - ohranicený prostor (E) obsahující alespon rotor (5) motoru (1), a - kanály (31) pro chlazení statoru (8), se vyznacuje tím, že proud (F.sub.1.n.) vzduchu vhánený ventilátorem (24) je rozdelen na pomerne cistý vnitrní proud (F.sub.2.n.) vzduchu, smerující dovnitr ohraniceného prostoru (E), a vnejší proud (F.sub.3.n.) vzduchu, který je zatížen necistotami na základe odstredivého pusobení ventilátoru (24) smerující mimo ohranicený prostor (E) ke kanálum (31) pro chlazení statoru (8) motoru (1).

Description

Oblast techniky

Vynalez se týká ventilátorového zařízení a elektrického motoru pro kolejovou trakci vybaveného tímto zařízením.

io Dosavadní stav techniky

V oboru kolejové trakce je elektrický motor zpravidla zabudován do podvozku, pod tělesem lokomotivy nebo vagónu. Protože elektrický motor může spotřebovávat značné množství elektrické energie, musí být ochlazován pro rozptýlení části této energie, a je známo k tomu používat i5 okolní atmosféru. Okolí kolejového trakčního motoru je zpravidla znečištěno, jednak smetím, které může ležet na trati, a jednak deštěm nebo blátem vznikajícím v důsledku nepříznivých povětrnostních podmínek. Z výše uvedených důvodů je známo realizovat ochranu elektrického motoru proti jeho okolí umístěním filtrů nebo mřížek před vstup chladícího vzduchu. Je také známo realizovat nasávání chladícího vzduchu pro motor skrze úsek hadice, z oblasti menšího znečištění, například z vnitřku oddělení vlaku nebo z oblasti blízko střechy lokomotivy. Tato opatření způsobují značné tlakové ztráty v cestě proudění chladícího vzduchu, které snižují jeho účinnost a mohou vést k zašpinění motoru.

Z dokumentu EP 0 849 858, je znám motor, který zahrnuje ventilátor, který je umístěn v komoře pro výstup vzduchu a který nasává vzduch, který vstupuje přes motor zahrnující dutinu obsahující část statoru a mající kanály ve statoru. Nebezpečí zašpinění či znečištění je vysoké, protože nasávaný vzduch s částicemi prochází motorem.

Z dokumentu EP 0 387 743 je rovněž znám motor, který zahrnuje ventilátor, který je umístěn v komoře pro vstup vzduchu a vhání vstupující vzduch do kanálů, které procházejí napříč statorovým magnetickým okruhem, přičemž tento motor zahrnuje ohraničený prostor, který obsahuje část rotoru, a který je ventilován druhým uzavřeným vzduchovým okruhem.

Dokument FR-A2 645 817 popisuje ventilaci motoru pro kolejovou trakci využívající vzduch vháněný ventilátorem, přičemž část tohoto vzduchu je vypouštěna odstředivě do otvorů, před nimiž se nachází separátorový prvek. Nejtěžší částice jsou odstraňovány účinkem odstředivých sil a nejsou tedy zanášeny do vnitřního prostoru motoru. Efektivnost odstřeďování však podstatně závisí na rychlosti otáčení vstupního ventilátoru, kterážto rychlost je spojena s rychlostí otáčení motoru. Tato rychlost závisí na podmínkách použití motoru, přičemž je možné, že motor obvykle běží při nízké lychlosti, zejména v městském kolejovém vozidle tramvajového nebo trolejbusového typu. Dále, vzduch vypouštěný skrze obvodové otvory se neúčastní chlazení a vypouštěním části proudu vzduchu přímo do okolní atmosféry mohou být generovány akustické emise.

Tyto nevýhody vynález překonává konkrétně navržením ventilátorového zařízení, ve kterém vše45 chen vzduch vháněný ventilátorem se používá pro chlazení motoru, přičemž rizika zašpinění nebo znečištění jsou minimalizována.

Podstata vynálezu

V souvislosti s tím, vynález se týká zařízení pro ventilaci elektrického motoru pro kolejovou trakci, zahrnujícího odstředivý ventilátor schopný otáčení v jednom nebo obou směrech, umístěný ve vstupní komoře vzduchu a vhánějící proud vzduchu směrem k motoru, ohraničený prostor obsahující alespoň rotor motoru, a kanály pro chlazení statoru, charakteristického tím, že uvede55 ný proud vzduchu vháněný uvedeným ventilátorem je rozdělen na poměrně čistý vnitřní proud, směřující dovnitř uvedeného ohraničeného prostoru, a vnější proud, který je zatížen nečistotami na základě odstředivého působení uvedeného ventilátoru, směřující k uvedeným kanálům pro chlazení statoru motoru.

Podle vynálezu je proud vzduchu vháněný vstupním ventilátorem používán pro chlazení jak rotoru, tak í statoru motoru, přičemž část vzduchu, která je nejpravděpodobněji kontaminována poměrně těžkými částicemi, je směrována, účinkem odstředivé síly, směrem ven, to znamená ke kanálům pro chlazení statoru, zatímco méně kontaminovaná část, která tvoří vnitřní proud, může být směrována dovnitř ohraničeného prostoru bez většího rizika zašpinění vnitřku motoru.

Podle výhodných, nikoliv však nutných aspektů vynálezu zařízení zahrnuje jeden nebo více z následujících znaků:

- Ventilátor vhání vzduch do vstupní koncovky pro uvedené kanály, přičemž stěna, která odděluje vnitřní objem této koncovky od ohraničeného prostoru, je proděravěna alespoň jedním spojoi5 vacím otvorem umožňujícím cirkulaci uvedeného prvního proudu. Může být uspořádáno několik otvorů pro spojení mezi vnitrním objemem koncovky a tímto prostorem, přičemž uvedené otvory jsou rozděleny přibližně rovnoměrně kolem centrální osy motoru. Také je možné, že tento otvor či otvory je vytvořen či jsou vytvořeny radiálně uvnitř dráhy vymezené koncovkou pro druhý proud. Podle tohoto aspektu vynálezu je první proud chladícího vzduchu směrovaný k prostoru „odbočován“ z proudu směrovaného ke kanálům pro chlazení statoru, přičemž toto odbočování nastává na vnitřní straně koncovky, která je nej vzdálenější od nej znečištěnějšího vzduchu, to znamená vzduchu nejvíce zatíženého relativně těžkými částicemi.

- Je uspořádán alespoň jeden výstupní otvor pro první proud vzduchu opouštějící tento prostor. Tento výstupní otvor může být vytvořen v blízkosti ústí kanálu pro chlazení statoru. V tomto případě je s výhodou uspořádáno žebro pro separaci proudů vzduchu opouštějících tento otvor a opouštějících tento kanál.

- Druhý ventilátor vyvolává nebo podporuje proudění vzduchu uvnitř ohraničeného prostoru, z vnitřního proudu. Tento druhý ventilátor zvyšuje pohyb vzduchu v ohraničeném prostoru a zlepšuje tak efektivnost chlazení prvků obsažených v tomto prostoru.

- Ohraničený prostor obsahuje rotor, vnitřní centrální část statoru, alespoň jedno vinutí přiřazené tomuto statoru nebo tomuto rotoru, část centrálního hřídele motoru a popřípadě druhý ventilátor. Všechny výše zmíněné prvky jsou chlazeny prvním proudem vzduchu.

Vynález se týká také elektrického motoru pro kolejovou trakci vybaveného ventilátorovým zaří35 zením definovaným výše. Takovýto motor pracuje velmi uspokojivě, i v kontaminovaném okolí, ajeho zvláště efektivní chlazení znamená, že lze použít i vysoce výkonný motor podle vynálezu při relativně malých rozměrech.

Přehled obrázků na výkresech

Vynález bude blíže vysvětlen ajeho další výhody budou objasněny prostřednictvím popisu dvou vytvoření kolejového trakčního motoru vybaveného ventilátorovým zařízením podle vynálezu, uvedených jen jako příklad a znázorněných na výkresech, na kterých představuje:

obr. 1 podélný řez kolejovým trakčním motorem podle prvního vytvoření vynálezu, a obr. 2 řez podobný obr. 1 v případě kolejového trakčního motoru podle druhého vytvoření vynálezu.

CZ 300907 Bó

Příklady provedení vynálezu

Motor i znázorněný na obr. 1 zahrnuje centrální hřídel 2 uložený v ložiscích 3 a 4, na kterém je namontován rotor 5.

Podélná osa hřídele 2, která je osou otáčení rotoru 5, je označena X-X'.

Stator 8, se středem v ose X-X', je uspořádán radiálně kolem rotoru 5 a je opatřen vinutím 9. i o Mezera mezi rotorem 5 a statorem 8 je označena e.

Koncová deska H nese ložisko 3 a je připojena k přírubě 12, která je integrální částí statoru 8.

Dále, příruba 12 je připojena šrouby ]6 do koncovky 17, která vymezuje vstupní otvor J_8 pro vzduch pro chlazení motoru I a nese ložisko 4,

Koncovka 17 zahrnuje vnější Část 20 pouzdra a vnitřní část 24 pouzdra, vymezující mezi sebou vnitřní objem V koncovky 17, přičemž otvor 18 je vytvořen v části 20, zatímco ložisko 4 je upevněno k vnitřní části 2L V otvoru £8 je uspořádána mřížka 22, která umožňuje zadržet smetí jako papíry nebo listí, které má sklon vstupovat do koncovky 17 skrze otvor 18.

Ventilátor 24, jehož radiální lopatky jsou označeny 25, je namontován na jednom konci 2a hřídele 2 uvnitř vstupní komory C vzduchu vytvořené v koncovce 1_7 mezi mřížkou 22 a vnitřní částí 21.

Tvarem a uspořádáním prvků 11,12 a 21 je tvořen ohraničený prostor E pro rotor 5, pro část hřídele 2 a pro vnitřní část 8a statoru 8, rozprostírající se od osy X-X' na vzdálenost, která je kratší než poloměr R odpovídající přibližně maximálnímu vnitřnímu poloměru R21 vnitřní části 21 a vinutí 9. Prostor E tak umožňuje, aby prvky 5, 8a a 9 byly chráněny proti okolní atmosféře, zejména proti prachu.

Podle vynálezu, je proud F; vzduchu vstupující do koncovky Γ7 otvorem 18 vháněn ventilátorem 24 jednak dovnitř prostoru E, jednak proti statoru 8, jak znázorňuji proudy F^ resp. £3 vzduchu,

Vnitřní proud £3 vzduchu prochází otvory 26 vytvořenými ve vnitřní části 21 koncovky 17, přičemž tyto otvory 26 jsou rozděleny kolem osy X-X'. Proud F2 vzduchu vstupující do prostoru E se dělí do dvou proudů £4 a £5 vzduchu. Proud F4 vzduchu prochází kanály 27_ uspořádanými v rotoru 5 paralelně s osou X-X', což umožňuje efektivní chlazení rotoru 5. Proud £5 vzduchu prochází skrze mezeru e mezi rotorem 5 a statorem 8 a ofukuje stator 8.

Cirkulace vzduchu uvnitř mezery E je podporována druhým ventilátorem 28 namontovaným na hřídeli 2 uvnitř prostoru E, jehož lopatky 29 vytvářejí pohyb, který žene vzduch z otvorů 26 k výstupním otvorům 30 vytvořeným v přírubě 12. Šípky Ε$ a £7 znázorňují proud chladicího vzduchu dále ve směru proudění a na výstupu z prostoru E, kterýžto proud je výsledkem spojení proudů F4 a £5 vzduchu.

Proud £3 ve své Části směřuje do kanálu 31 vytvořeném ve statoru 8 radiálně vně části 8a. Tyto kanály 31 mohou být stejnoměrně rozděleny kolem osy X-X' nebo lokalizovány v určitých oblastech, zejména když má stator 8 mnohoúhelníkový obrys. Například, když stator 8 má osmi50 úhelníkový obrys, zatímco jeho střední část je kruhová, jsou kanály 31 vytvořeny ve čtyřech vnějších oblastech průřezu statoru 8. Proud £3 vzduchu umožňuje chlazení statoru 8 a vystupuje v proudu Eg výstupním otvorem 34 uspořádaným ve směru proudění na konci každého kanálu 31 v přírubě 12, v blízkosti otvorů 30,

I

V blízkosti každého otvoru 32 se nachází žebro 33 pro vychylování proudu £§, aby bylo zabráněno vytvoření protít laku v blízkosti otvoru 30.

Protože druhý proud £3 sleduje dráhu, vymezenou koncovkou JJ a kanály 3_[, která se nachází radiálně vně dráhy sledované prvním proudem £?, je více zatížen nečistotami, které jsou relativně těžké a jsou odstřeďovány ventilátorem 24, to však není zvláště znepokojující, protože kanály 31 jsou odděleny od vnitřního objemu motoru 1 vymezeného prostorem E a protože jejich průřez je dost velký pro umožnění jejich proudění. Dále, kanály 3| jsou v podstatě přímé, což znamená že proud F3 není omezován ve svém proudění, a nečistoty mají jen malý sklon ukládat se v kanálech

31.

Naproti tomu, proud £2 vzduchu je poměrně čistý, protože otvory 26 jsou umístěny radiálně uvnitř oblasti o poloměru R, to znamená uvnitř dráhy druhého proudu £2 vzduchu. Dále, otvory 26 jsou přibližně kolmé k proudu £3 vzduchu v příslušné oblasti koncovky 17, přičemž proud £3 tvoří hlavní proudění, takže nečistoty přednostně sledují dráhu proudu F3.

Vzduch cirkulující skrze prostor E je tedy poměrně čistý a nepředstavuje riziko zašpinění otáčejících se částí motoru 1 nebo akumulace v mezeře e nebo ve vinutí 9, i když dráha proudů £4 až £$ vzduchuje poměrně klikatá.

Ve druhém vytvoření vynálezu, znázorněném na obr. 2, mají prvky podobné těm podle prvního vytvoření shodné vztahové značky. Toto vytvoření se liší od předcházejícího tím, že výstupní otvory 30 pro vnitrní proud £2 vzduchu jsou úhlově odsazeny od kanálů 3k Výstupní otvory 32, jimiž vystupuje vnější proudění, jak je znázorněno šipkou proudu Fg, jsou tedy uspořádány tak, že proudy £7 a £g spolu navzájem neinterferují. Jak je znázorněno na obr. 2, otvor 32 může být napříč proti otvoru 30.

V obou uvažovaných provedeních má získané chlazení vysokou kvalitu, neboť celý proud Fj je použit pro chlazení motoru L Průměr ventilátoru 24 tedy může být v porovnání se zařízeními podle dosavadního stavu techniky malý, což umožňuje odpovídající zmenšení hluku emitovaného ventilátorem.

Vzhledem ke skutečnosti, že nečistoty jsou vrhány odstředivou silou vně prostoru E, může mít mřížka 22 poměrně velkou velikost ok, což redukuje způsobenou tlakovou ztrátu a není třeba provádět pravidelnou údržbu filtračního prvku jako jsou filtrační prvky spojené s určitými motory podle dosavadního stavu techniky.

Vynález je použitelný bez ohledu na přesný typ motoru £, kterým může být synchronní motor nebo asynchronní motor, bez ohledu na přesný typ ventilátoru 24, který může být schopný otáče40 ní v jednom směru nebo v obou směrech kolem osy X-X', a bez ohledu na typ konstrukce motoru, která může být zejména vytvořena ze svazku tabulí, které jsou stlačeny a spojeny do pevného celku, případně s vnějšími lopatkami.

Podle alternativního, neznázoměného, vytvoření vynálezu může být příruba 12 vytvořena z několika kusů, zejména pro usnadnění připojení statoru 8.

Claims (10)

1. PATENTOVÉ NÁROKY

   1. Zařízení pro ventilaci elektrického motoru (1) pro kolejovou trakci zahrnující

   - odstředivý ventilátor (24) schopný otáčení v jednom nebo obou směrech, umístěný ve vstupní komoře (C) vzduchu a vhánějící proud (F_f) vzduchu směrem k motoru (1),

   -ohraničený prostor (E) obsahující alespoň rotor (5) motoru (1), a i o - kanály (31) pro chlazení statoru (8), vyznačující se tím, že je upraveno tak, že proud (FJ vzduchu vháněný ventilátorem (24) je rozdělen na poměrně čistý vnitřní proud (F₂) vzduchu, směřující dovnitř ohraničeného prostoru (E), a vnější proud (F₃) vzduchu, který je zatížen nečistotami na základě odstředivého působení ventilátoru (24) směřující mimo ohraničený prostor (E) ke kanálům (31) pro chlazení

   15 statoru (8) motoru (1).
2. 2. Zařízení podle nároku 1, vyznačující se tím, že ventilátor (24) je upraven pro vhánění vzduchu do vstupní koncovky (17) pro kanály (31), přičemž stěna, která odděluje vnitřní objem koncovky (17) od prostoru (E), je proděravěna alespoň jedním spojovacím otvorem (26)

   20 umožňujícím cirkulaci vnitřního proudu (F₂) vzduchu.
3. 3. Zařízení podle nároku 2, vyznačující se tím, že zahrnuje několik otvorů (26) pro spojení mezi vnitřním objemem (V) koncovky (17) a prostorem (E), přičemž tyto otvory (26) jsou uspořádány v podstatě rovnoměrně kolem centrální osy (X-X') motoru (1).
4. 4. Zařízení podle nároku 2 nebo 3, vyznačující se tím, že otvor či otvory (26) je vytvořen (jsou vytvořeny) radiálně uvnitř dráhy vymezené koncovkou (17) pro vnější proud (F₃).
5. 5. Zařízení podle některého z předcházejících nároků, vyznačující se tím, že zahr30 nuje alespoň jeden výstupní otvor (30) pro vnitřní proud (F₂) vzduchu opouštějící prostor (E).
6. 6. Zařízení podle nároku 5, vyznačující se tím, že výstupní otvor (30)je uspořádán v blízkosti ústí (32) kanálu (31) pro chlazení statoru (8).

   35
7. 7. Zařízení podle nároku 6, vyznačující se tím, že zahrnuje žebro (33) pro separaci proudů (F₇, F_g) vzduchu opouštějících výstupní otvor (30) a opouštějících kanál (31).
8. 8. Zařízení podle některého z předcházejících nároků, vyznačující se tím, že zahrnuje druhý ventilátor (28) uspořádaný pro vyvolávání nebo podporování proudění proudů (F₄, F₅,

   40 F_ó) vzduchu uvnitř prostoru (E), vznikajících z vnitřního proudu (F₂) vzduchu.
9. 9. Zařízení podle některého z předcházejících nároků, vyznačující se tím, že rotor (5), vnitřní radiální část (8a) statoru (8), alespoň jedno vinutí (9) přiřazené statoru (8) nebo rotoru (5), část centrálního hřídele (2) motoru (1) a popřípadě druhý ventilátor (28) jsou uspořádány v

   45 ohraničeném prostoru (E).
10. 10. Elektrický motor (1) pro kolejovou trakci vybavený ventilačním zařízením podle některého z předcházejících nároků.