RU2102266C1 - Электромотор-колесо - Google Patents
Электромотор-колесо Download PDFInfo
- Publication number
- RU2102266C1 RU2102266C1 RU96107079/28A RU96107079A RU2102266C1 RU 2102266 C1 RU2102266 C1 RU 2102266C1 RU 96107079/28 A RU96107079/28 A RU 96107079/28A RU 96107079 A RU96107079 A RU 96107079A RU 2102266 C1 RU2102266 C1 RU 2102266C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- wheel
- stator
- motor
- electric motor
- winding
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Arrangement Or Mounting Of Propulsion Units For Vehicles (AREA)
- Motor Or Generator Cooling System (AREA)
Abstract
Изобретение относится к электроприводу рельсовых транспортных средств. Сущность: электромотор-колесо имеет статор торцевого асинхронного короткозамкнутого двигателя 4, установленного с возможностью охвата части колеса 3. Диск колеса 3 выполнен с пазами, в которых расположена обмотка 10 ротора 7. Проводники обмотки 10 размещены в диске колеса 3 радиально и соединены между собой, соответственно, наружным 11 и внутренним 12 короткозамыкающими кольцами. Статор двигателя состоит из двух независимых кольцеобразных активных частей 5,6, каждая из которых жестко соединена соответствующим полукожухом 13,14 статора. Оба полукожуха 13, 14 охватывают колесо 3 с двух торцевых сторон, разъемно соединены между собой узлом 15 и через подвеску 16 и амортизаторы 17 закреплены на оси 1 двигателя 4. В зазорах между полукожухами 13, 14 статора размещены защитные уплотнения 18, а в зазорах между полукожухами 13, 14 и осью 1 колеса 3 в качестве защитных уплотнений установлены амортизаторы 17. В диске колеса 3 выполнены сквозные диаметрально расположенные пазы. Пазы статора выполнены фигурными, соответствующими конфигурации катушки. Обмотка 19 статора размещена в два слоя, каждый из которых расположен в отдельном пазу статора, или один из которых уложен в правой, а другой в левой части статора. Система охлаждения включает в себя кольцевые трубки 8 циркуляционного охлаждения, расположенные под лобовыми частями обмотки статора, каждая на соответствующем полукожухе 13,14 двигателя 4. Это позволяет снизить массо-габаритные показатели и повысить надежность электромотор-колеса. 5 з.п. ф-лы., 6 ил.
Description
Изобретение относится к электроприводу транспортных средств, в частности рельсовых, в которых используются электродвигатели, встроенные в колеса транспортных средств.
Известно электромотор-колесо (см. патент РФ N 2013258, опубл. 30.05.94 в БИ N 10 по заявке N 4949451/11 от 11.06.91, кл. B 61 C 9/48, авторы: Солодунов А. М. и др.). Оно 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 желобообразной несущей втулкой.
Сказанное обеспечивает жесткость крепления статора, уменьшение колебаний величин воздушных зазоров, прочность и жесткость передачи электромагнитного момента от ротора к колесу, что в целом обеспечивает надежность и приемлемые массогабаритные показатели конструкции.
Известно аналогичное изобретение (см. европейский патент N 0464929, опубл. 08.01.92 в Buletin 92/02 по заявке N 91201642.5 от 27.06.91 с приоритетом Италии от 03.07.90, N 2084390, кл. B 61 C 9/46), согласно которому колесно-моторный блок устанавливается на неподвижную ось тележки, на которой монтируется с возможностью вращения ступица колеса, имеющая поверхность качения. Между ступицей колеса и поверхностью качения располагается устройство, смягчающее толчки и удары. Ступица колеса располагается горизонтально и на ней закреплен индуктор постоянного магнита. Опорная плита корпуса закреплена на арматуре, крепящей двигатель на неподвижной оси. Корпус соединен с узлом подвода и контроля мощности электропитания. Ротор двигателя состоит также из двух независимых частей, которые выполнены несимметричными, фигурными и расположены одна внутри, другая снаружи статора. Обе части ротора также скреплены с колесом.
Однако в обоих изобретениях конструкция электромотор-колес такова, что двигатель оказывается не встроенным в колесо, а механически скрепленным с ним и расположенным в непосредственной близости от колеса. Это увеличивает массогабаритные показатели колесно-моторного блока в целом.
Кроме того, подрессоривание статора и ротора двигателя выполнено посредством упругих элементов, встроенных непосредственно в рабочую часть колеса и нагруженных не только инерционными силами от массы статора и ротора, но и рабочим моментом от сил тяги и торможения колеса. Это снижает надежность мотор-колеса и его срок службы.
И кроме того, в обоих изобретениях активная часть электродвигателя - цилиндрическая, требующая для сохранения рабочего зазора от конструкции ротора и статора высокой жесткости. Для снижения динамических воздействий на электродвигатель до допустимых значений и снижения необрессоренной массы ходовой части между ободом колеса и ступицей располагается устройство, смягчающее толчки и удары. Однако это снижение невелико (по опыту применения колес с упругими прокладками до 15% от необходимого уровня). Кроме того колеса с упругими прокладками создают повышенное сопротивление движению.
Известно устройство (см. авт. свид. СССР N 628008, опубликованное 15.10.78 в БИ N 38 по заявке N 1652024/40-07 от 11.05.71, кл. B 60 K 7/00, "Мотор-колесо", автор Курбасов А.С.), содержащее колесо со встроенным в него асинхронным короткозамкнутым электродвигателем. В этом устройстве статор асинхронной машины с магнитопроводом, обмотками и токоподводами закреплен на неподвижной оси колеса. А ротор с короткозамкнутой обмоткой и магнитопроводами размещен с двух сторон статора и образует колесо. Система охлаждения выполнена, в частности, жидкостной циркуляционной для статора и естественной с увеличенной поверхностью теплоотдачи для ротора. Циркуляция охлаждающей среды непосредственно в конструкции активной части статора обеспечивает хорошие условия отвода тепла, выделяемого в обмотках и магнитопроводе статора при работе мотор-колеса.
Такая конструкция мотор-колеса обеспечивает надежность устройства в эксплуатации и сокращает массогабаритные показатели устройства в целом.
Однако статор встроенного электродвигателя не имеет специальных элементов подрессоривания, что в случае применения указанного мотор-колеса для привода рельсовых экипажей снижает его срок службы и надежность. Кроме того, применение указанной схемы охлаждения статора потребует увеличения массогабаритных размеров статора и, соответственно, всего мотор-колеса. В описании рассмотренного изобретения пример конструктивной реализации схемы охлаждения статора не приводится.
Далее, в данном устройстве из-за расположения на ободе колеса пневмомашины или другого устройства, обеспечивающего сцепление колеса с поверхностью качения, средний диаметр активной части значительно меньше диаметра поверхности качения колеса, что не позволяет достичь высоких удельных тяговых и мощностных характеристик. Статор с двух сторон закрыт роторными дисками, что усложняет компоновку колеса, отвод тепла и подвод питания. Амортизация статора обеспечивается только устройством, размещенным на вращающейся части колеса (пневмомашиной), что создает дополнительное сопротивление движению, а на рельсовом транспорте, кроме того, не обеспечивает достаточного снижения динамических воздействий.
Техническая задача заключается в интегрировании рабочих элементов колеса и электродвигателя, в результате чего снижаются общие массогабаритные показатели и повышается надежность устройства в целом.
Данную техническую задачу авторы решают с помощью электромотор-колеса, содержащего неподвижную ось, на которой посредством подшипникового узла смонтировано колесо, а также содержащего торцевой асинхронный короткозамкнутый электродвигатель, встроенный в колесо, и систему охлаждения. Статор установлен с возможностью охвата части колеса. Диск колеса выполнен с пазами, в которых расположена обмотка ротора. Проводники обмотки размещены в диске колеса радиально и соединены между собой, соответственно, наружным и внутренним короткозамыкающими кольцами. Статор состоит из двух независимых кольцеобразных активных частей, каждая из которых жестко соединена с соответствующим полукожухом двигателя. Оба полукожуха, охватывающие колесо с двух торцевых сторон, разъемно соединены между собой и через подвеску и амортизаторы закреплены на оси двигателя. В зазорах между полукожухами и ободом колеса, а также между полукожухами и осью размещены защитные уплотнения.
Кроме того, в диске колеса выполнены сквозные диаметрально расположенные пазы. Пазы выполнены фигурными, соответствующими конфигурации катушки. Обмотка статора размещена в два слоя. При этом возможны два варианта расположения каждого слоя ее в пазах статора.
В одном варианте каждый слой обмотки статора расположен в отдельном пазу статора. В другом варианте один ее слой уложен в правой, а другой в левой части статора.
И кроме того, система охлаждения включает в себя кольцевые трубки циркуляционного охлаждения, расположенные под лобовыми частями обмотки статора и/или камеры рубашечного типа, закрепленные каждая на соответствующем полукожухе.
Новым по сравнению с прототипом является, во-первых, то, что статор установлен с возможностью охвата части колеса. Диск колеса выполнен с пазами, в которых расположена обмотка ротора, проводники которой размещены в диске колеса радиально и соединены между собой, соответственно, наружным и внутренним короткозамыкающими кольцами.
Во-вторых, статор двигателя амортизирован и состоит из двух независимых кольцеобразных активных частей, каждая из которых жестко скреплена с соответствующим полукожухом двигателя.
В-третьих, оба полукожуха охватывают колесо с двух торцевых сторон, разъемно соединены между собой и через подвеску и амортизаторы закреплены на оси двигателя.
В-четвертых, в зазорах между полукожухами статора и ободом колеса, а также между полукожухами и осью размещены защитные уплотнения.
Кроме того, новым является то, что в диске колеса выполнены сквозные диаметрально расположенные пазы. Указанные пазы выполнены фигурными, соответствующими конфигурации катушки. А обмотка статора размещена в два слоя. При этом возможны два варианта укладки обмотки статора в пазах. По одному варианту каждый слой ее уложен в отдельном пазу статора. А по другому один ее слой уложен в правой, а другой в левой части статора.
Кроме того, система охлаждения включает в себя кольцевые трубки циркуляционного охлаждения, расположенные под лобовыми частями обмотки статора и/или камеры рубашечного типа, закрепленные каждая на соответствующем полукожухе статора.
Это позволяет снизить массогабаритные показатели, повысить надежность мотор-колеса и обеспечить развитие конструкции для применения в различных видах транспортных средств.
Сказанное позволяет сделать вывод о том, что заявляемое техническое решение обладает критерием "новизна", а также о том, что между совокупностью существенных признаков и достигаемым техническим результатом существует причинно-следственная связь.
На фиг. 1 и 2 представлена конструктивная схема электромотор-колеса (вид спереди и сбоку); на фиг. 3 та же схема с пазами ротора, прорезанными в диске колеса насквозь от одной до другой его стороны; на фиг. 4 и 5 та же схема с фигурными пазами статора и обмоткой статора, размещенной в два слоя, каждый из которых уложен в отдельных пазах статора; на фиг. 6 та же схема электромотор-колеса, в которой один слой обмотки статора уложен в правой, а другой в левой части статора.
Рассмотрим работу предлагаемого устройства на конкретном примере.
Электромотор-колесо содержит (фиг. 1 и 2) неподвижную ось 1, на которой посредством подшипникового узла 2 смонтировано колесо 3, торцевой асинхронный короткозамкнутый электродвигатель 4 со статором 5(6) и ротором 7, встроенный в колесо 3, и систему охлаждения 8, 9. Статор 5(6) установлен с возможностью охвата части колеса 3. Диск колеса 3 выполнен с пазами, в которых расположена обмотка 10 ротора 7. Проводники обмотки 10 размещены в диске колеса 3 радиально и соединены между собой, соответственно, наружным 11 и внутренним 12 короткозамыкающими кольцами.
Статор 5(6) двигателя 4 состоит из двух независимых кольцеобразных активных частей 5 и 6, каждая из которых жестко соединена с соответствующим полукожухом 13(14) двигателя 4. Оба полукожуха 13, 14 охватывают колесо 3 с двух торцевых сторон, разъемно соединены между собой (узел 15) и через подвеску 16 и амортизаторы 17 закреплены на оси 1 двигателя 4.
В зазорах между полукожухами 13, 14 статора 5, 6 размещены защитные уплотнения 18. А в зазорах между полукожухами 13, 14 и осью 1 колеса 3 в качестве защитных уплотнений использованы амортизаторы 17. В других вариантах исполнения в качестве защитных уплотнений между полукожухами 13, 14 статора и осью колеса 3 могут быть использованы специальные гибкие манжеты. В этих вариантах амортизаторы устанавливаются отдельно и с уплотнениями не связаны.
В диске колеса 3 выполнены сквозные диаметрально расположенные пазы (фиг. З).
Пазы статора 5(6) выполнены фигурными (фиг. 6), полностью соответствующими конфигурации катушки.
Обмотка 19 статора 5(6) (фиг. 5) размещена в два слоя, каждый из которых расположен в отдельном пазу статора, или один из которых уложен в правой, а другой в левой части статора (фиг.6).
Система охлаждения 8, 9 включает в себя кольцевые трубки 8 циркуляционного охлаждения, расположенные под лобовыми частями обмотки статора 5(6), и камеры 9 рубашечного типа, закрепленные, каждая, на соответствующем полукожухе 13(14) двигателя 4.
В качестве узла 15 могут быть использованы проставочные калиброванные вкладыши бонки, имеющие сквозные отверстия для призонных болтов, стягивающих оба полукожуха, с обеспечением между статорами суммарного воздушного зазора.
Устройство работает следующим образом.
Трехфазный ток, подведенный к обмоткам левого 5 и правого 6 статоров, создает торцевое вращающееся магнитное поле в зазорах между статорами 5, 6 и ротором 7. Это поле наводит в радиальных стержнях обмотки ротора 7 ток, который, взаимодействуя с полем статоров 5, 6, создает вращающий момент. Преодолевая сопротивление движению колеса 3, ротор 7 начнет вращаться в направлении магнитного поля. Равный и направленный встречно момент действует на статоры 5, 6, которые удерживаются от поворота элементами подвески (пластины 16, плита 24 и ось 1) см. фиг. 1 и 2. Одновременно с восприятием реактивного момента двигателя пластины 16, плита 24 и ось 1 удерживают статоры 5(6) в первоначальном положении при воздействии осевых сил электромагнитного тяжения между магнитопроводами статоров 5, 6 и ротора 7, обеспечивая стабильность величины воздушных зазоров. Пластины 16 и амортизаторы 17 воспринимают энергию колебаний статоров 5(6), защищая обмотку от воздействия ударных нагрузок. От осевых перемещений под действием сил электромагнитного тяжения ротор удерживается радиально-упорными подшипниками 2, закрепленными на оси 1 посредством втулок 20 и гайки 21. Осевые силы на подшипники 2 передаются от колеса 3 через внутренний кольцевой буртик 22.
В режиме электрического торможения электромагнитный момент меняет знак, скорость ротора 7 превышает скорость вращения магнитного поля машины, механическая энергия движения поезда возвращается через обмотки статоров 5(6) в питающую сеть.
Потери энергии, возникающие в обмотках и магнитопроводе, отводятся охлаждающей средой, циркулирующей в кольцевых трубках 8 и/или в рубашках 9.
Сказанное позволяет сделать следующие выводы:
1. Предлагаемое техническое решение позволяет:
увеличить надежность за счет уменьшения динамических нагрузок на статор;
упростить компоновку мотор-колеса за счет упрощения конструкции ротора и облегчения доступа к статору, имеющему наиболее сложную конструкцию и требующему подвода энергии и отвода тепла;
снизить массогабаритные показатели за счет уменьшения массы ротора и увеличения диаметра активной части.
1. Предлагаемое техническое решение позволяет:
увеличить надежность за счет уменьшения динамических нагрузок на статор;
упростить компоновку мотор-колеса за счет упрощения конструкции ротора и облегчения доступа к статору, имеющему наиболее сложную конструкцию и требующему подвода энергии и отвода тепла;
снизить массогабаритные показатели за счет уменьшения массы ротора и увеличения диаметра активной части.
2. Выполнение пазов ротора в диске колеса сквозными позволяет увеличить КПД электродвигателя за счет снижения потерь в стали ротора.
3. Выполнение пазов статора фигурными позволяет увеличить длину активной части электродвигателя без увеличения диаметра колеса.
4. Размещение обмотки статора в два слоя позволяет упростить технологию изготовления статора.
5. Размещение каждого слоя статора в разных его частях позволяет увеличить КПД электродвигателя, отказавшись от глубоких пазов для одного слоя обмоток.
Claims (6)
1. Электромотор-колесо, содержащее неподвижную ось, на которой посредством подшипникового узла смонтировано колесо, торцевой асинхронный короткозамкнутый электродвигатель, встроенный в колесо, и систему охлаждения, отличающееся тем, что статор установлен с возможностью охвата части колеса, диск колеса выполнен с пазами, в которых расположена обмотка ротора, проводники обмотки размещены в диске колеса радиально и соединены между собой соответственно наружным и внутренним короткозамыкающими кольцами, статор состоит из двух независимых кольцеобразных активных частей, каждая из которых жестко соединена с соответствующим полукожухом двигателя, оба полукожуха, охватывающие колесо с двух торцевых сторон, разъемно соединены между собой и через подвеску и амортизаторы закреплены на оси двигателя, а в зазорах между полукожухами и ободом колеса, а также между полукожухами и осью размещены защитные уплотнения.
2. Электромотор-колесо по п. 1, отличающееся тем, что в диске колеса выполнены сквозные диаметрально расположенные пазы.
3. Электромотор-колесо по пп. 1 и 2, отличающееся тем, что пазы статора выполнены фигурными, соответствующими конфигурации катушки.
4. Электромотор-колесо по п. 1, отличающееся тем, что обмотка статора размещена в два слоя, каждый из которых расположен в отдельном пазу статора.
5. Электромотор-колесо по п. 1, отличающееся тем, что обмотка статора размещена в два слоя, один из которых уложен в правой, а другой в левой части статора.
6. Электромотор-колесо по п. 1, отличающееся тем, что система охлаждения включает в себя кольцевые трубки циркуляционного охлаждения, расположенные под лобовыми частями обмотки статора, и/или камеры рубашечного типа, закрепленные каждая на соответствующем полукожухе.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU96107079/28A RU2102266C1 (ru) | 1996-04-09 | 1996-04-09 | Электромотор-колесо |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU96107079/28A RU2102266C1 (ru) | 1996-04-09 | 1996-04-09 | Электромотор-колесо |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2102266C1 true RU2102266C1 (ru) | 1998-01-20 |
RU96107079A RU96107079A (ru) | 1998-07-10 |
Family
ID=20179241
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU96107079/28A RU2102266C1 (ru) | 1996-04-09 | 1996-04-09 | Электромотор-колесо |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2102266C1 (ru) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2481980C2 (ru) * | 2008-02-04 | 2013-05-20 | Сименс Акциенгезелльшафт | Приводное устройство для рельсового транспортного средства |
DE102013008674A1 (de) | 2013-05-22 | 2014-11-27 | Oleksandr Mislavskyy | Das Verfahren der Flüssigmetallbeschickung in der Stranggießanlage und die Vorrichtung für Realisierung des Verfahrens. |
RU196906U1 (ru) * | 2019-06-05 | 2020-03-19 | Андрей Сергеевич Космодамианский | Электромотор - колесо |
RU2782731C1 (ru) * | 2022-01-10 | 2022-11-01 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "ОРЛОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ имени И.С. ТУРГЕНЕВА" (ОГУ им. И.С. Тургенева) | Тяговый привод рельсового транспортного средства |
-
1996
- 1996-04-09 RU RU96107079/28A patent/RU2102266C1/ru not_active IP Right Cessation
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2481980C2 (ru) * | 2008-02-04 | 2013-05-20 | Сименс Акциенгезелльшафт | Приводное устройство для рельсового транспортного средства |
DE102013008674A1 (de) | 2013-05-22 | 2014-11-27 | Oleksandr Mislavskyy | Das Verfahren der Flüssigmetallbeschickung in der Stranggießanlage und die Vorrichtung für Realisierung des Verfahrens. |
RU196906U1 (ru) * | 2019-06-05 | 2020-03-19 | Андрей Сергеевич Космодамианский | Электромотор - колесо |
RU2782731C1 (ru) * | 2022-01-10 | 2022-11-01 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "ОРЛОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ имени И.С. ТУРГЕНЕВА" (ОГУ им. И.С. Тургенева) | Тяговый привод рельсового транспортного средства |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US10630157B2 (en) | Axial flux machine | |
US4032807A (en) | Inside-out motor/alternator with high inertia smooth rotor | |
US4786834A (en) | Stator assembly for dynamoelectric machine | |
US5973436A (en) | Electrical machine | |
US7462968B2 (en) | Electric wheel | |
US5057726A (en) | Structureborne vibration-compensated motor arrangement having back-to-back twin AC motors | |
US20030048964A1 (en) | Flexible bearing damping system, energy storage system using such a system, and a method related thereto | |
KR102318963B1 (ko) | 비상시에 운전 가능한 보조모터를 가진 전기차용 다중 인휠 모터 | |
US3020427A (en) | Ventilation of dynamoelectric machine drive units | |
JP2007060748A (ja) | 超電導多軸モータおよびそれを備えた車両 | |
RU2102266C1 (ru) | Электромотор-колесо | |
CN108233656A (zh) | 一种超高速盘式永磁同步电机 | |
RU187943U1 (ru) | Накопитель энергии | |
EP0762618A1 (en) | Electrical machine | |
US20220320928A1 (en) | Electric motor with simplified winding and u-shaped rotor | |
JP7064702B2 (ja) | 誘導電動機 | |
TWI260122B (en) | Rotor for a permanent magnet type generator | |
US3535566A (en) | Inside-out dynamo-electric machine | |
CN207117446U (zh) | 一种双定子三转子的轴向磁通盘式电机转子 | |
SK15742001A3 (sk) | Zaťažovací stroj na testovaciu stolicu na testovanie spaľovacích motorov | |
EP1280260B1 (en) | Axial gap electrical machine | |
CN112583175B (zh) | 一种轨道交通用驱动装置 | |
JP2020010575A (ja) | 回転電機及び回転電機の駆動システム並びに鉄道車両 | |
RU96107079A (ru) | Электромотор-колесо | |
JP7042054B2 (ja) | 回転電機及びこれを備えた回転電機駆動システム並びに鉄道車両 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20060410 |