RU2525234C2 - Heat-generating electromechanical converter - Google Patents

Abstract

FIELD: electricity.

SUBSTANCE: invention relates to electric engineering, namely, to a heat-generating electromechanical converter designed for heating and/or movement of liquid or gaseous medium. The device comprises an additional fixed element made of antifriction non-electroconductive material, which performs the functions of a radial and/or thrust sliding bearing, from polymer composite material on the basis of epoxide-diane resin with filler from fluoroplastic powder, cut glass fibre and additionally aluminium oxide Al₂O₃ or silicon dioxide SiO₂, which makes it possible to increase quantity of heat removed from the primary winding.

EFFECT: increased coefficient of heat conductivity of a fixed heat-insulating element provides for reduced temperature of primary winding of a heat-generating electromechanical converter, which accordingly increases reliability of its operation.

2 tbl

Description

Изобретение относится к электротехнике и может использоваться для промышленных, сельскохозяйственных и бытовых нужд.The invention relates to electrical engineering and can be used for industrial, agricultural and domestic needs.

Известен электромеханический преобразователь, содержащий первичную обмотку, магнитопровод и вращающуюся короткозамкнутую вторичную обмотку в виде полого цилиндра, отделенную от магнитопровода дополнительным теплоизолирующим элементом из антифрикционного неэлектропроводящего материала, выполняющего функцию подшипника скольжения и составляющего единое целое с магнитопроводом и первичной обмоткой, а на внутренней поверхности вторичной обмотки сформированы и жестко связаны с ней напорные лопасти (патент на полезную модель РФ №65335, МПК⁷ Н05В 6/10, F25B 29/00).A known electromechanical converter containing a primary winding, a magnetic circuit and a rotating short-circuited secondary winding in the form of a hollow cylinder, separated from the magnetic circuit by an additional heat-insulating element of antifriction non-conductive material that performs the function of a sliding bearing and is integral with the magnetic circuit and the primary winding, and on the inner surface of the secondary pressure blades are formed and rigidly connected with it (patent for utility model of the Russian Federation No. 65335, IPC ⁷ Н05В 6/10, F25B 29/00).

Наиболее близким по технической сущности является теплогенерирующий электромеханический преобразователь, содержащий первичную обмотку, магнитопровод и вращающуюся короткозамкнутую вторичную обмотку, выполненную в виде полого цилиндра, отделенного от магнитопровода дополнительным теплоизолирующим элементом из антифрикционного неэлектропроводящего материала, выполняющего функцию радиального и/или упорного подшипника скольжения и составляющего единое целое с магнитопроводом и первичной обмоткой, а на внутренней поверхности вторичной обмотки сформированы и жестко связаны с ней напорные лопасти, при этом дополнительный неподвижный теплоизолирующий элемент состоит из полимерного композиционного материала на основе эпоксидно-диановой смолы с наполнителем из порошка фторопласта-4 и рубленого стекловолокна, например, при следующем весовом соотношении компонентов: эпоксидно-диановая смола - 75…90%; фторопласт - 4-8…24%; остальное - рубленое стекловолокно (патент на изобретение РФ №2410852, МПК Н05В 6/10, F25B 29/00, E21D 5/012).The closest in technical essence is a heat-generating electromechanical converter containing a primary winding, a magnetic circuit and a rotating short-circuited secondary winding, made in the form of a hollow cylinder, separated from the magnetic circuit by an additional heat-insulating element of antifriction non-conductive material that performs the function of a radial and / or thrust sliding bearing and component the whole with the magnetic circuit and the primary winding, and on the inner surface of the second the egg windings, pressure vanes are formed and rigidly connected with it, while the additional stationary heat-insulating element consists of a polymer composite material based on epoxy-diane resin with a filler of fluoroplastic-4 powder and chopped fiberglass, for example, with the following weight ratio of components: epoxy-diane resin - 75 ... 90%; ftoroplast - 4-8 ... 24%; the rest is chopped glass fiber (RF patent No. 2410852, IPC Н05В 6/10, F25B 29/00, E21D 5/012).

Недостатком этих устройств является их низкая надежность, обусловленная напряженным тепловым режимом первичной обмотки.The disadvantage of these devices is their low reliability due to intense thermal conditions of the primary winding.

Задачей заявляемого изобретения является повышение надежности устройства за счет улучшения теплообмена между обмоткой и охлаждающей средой и уменьшения тепловой нагрузки первичной обмотки.The task of the invention is to increase the reliability of the device by improving heat transfer between the winding and the cooling medium and reducing the thermal load of the primary winding.

Технический результат, достигаемый в процессе решения поставленной задачи, заключается в увеличении коэффициента теплопроводности материала дополнительного неподвижного теплоизолирующего элемента теплогенерирующего электромеханического преобразователя.The technical result achieved in the process of solving the problem is to increase the coefficient of thermal conductivity of the material of an additional stationary heat-insulating element of a heat-generating electromechanical converter.

Такой технический результат является следствием использования дополнительного неподвижного элемента из антифрикционного неэлектропроводящего материала, выполняющего функции радиального и/или упорного подшипника скольжения, из полимерного композиционного материала на основе эпоксидно-диановой смолы с наполнителем из порошка фторопласта, рубленого стекловолокна и оксида алюминия Al₂O₃ или двуокиси кремния SiO₂, что позволяет увеличить коэффициент теплопроводности композиционного материала без снижения его электрической прочности.This technical result is the result of the use of an additional fixed element of anti-friction non-conductive material that acts as a radial and / or thrust sliding bearing, of a polymer composite material based on epoxy-diane resin with a filler of fluoroplastic powder, chopped glass fiber and aluminum oxide Al ₂ O ₃ or silicon dioxide SiO ₂ , which allows to increase the thermal conductivity of the composite material without reducing its electrical strength .

Сущность предлагаемого изобретения поясняется следующим.The essence of the invention is illustrated by the following.

Теплогенерирующий электромеханический преобразователь состоит из магнитопровода с размещенной на нем сетевой обмоткой и вращающейся короткозамкнутой вторичной обмотки, выполненной в виде полого цилиндра, на внутренней поверхности которого сформированы и жестко связаны с ней напорные лопасти. Вращающаяся вторичная обмотка и магнитопровод разделены дополнительным неподвижным теплоизолирующим элементом из антифрикционного неэлектропроводящего материала, выполняющего функцию радиального и/или упорного подшипника скольжения и составляющего единое целое с магнитопроводом и первичной обмоткой. Антифрикционный неэлектропроводящий материал состоит из композиционного полимера на основе эпоксидно-диановой смолы с наполнителем из порошка фторопласта, рубленого стекловолокна и оксида алюминия Al₂O₃ (например, в весовом соотношении: 75…85% - эпоксидно-диановая смола, 4…6% - фторопласт-4, 5…7% - оксид алюминия Al₂O₃, остальное - рубленое стекловолокно) или двуокиси кремния SiO₂ (например, в весовом соотношении: 75…85% - эпоксидно-диановая смола, 4…6% - фторопласт-4, 6…12% - двуокись кремния SiO₂, остальное - рубленое стекловолокно).The heat-generating electromechanical converter consists of a magnetic circuit with a network winding placed on it and a rotating short-circuited secondary winding made in the form of a hollow cylinder, on the inner surface of which pressure blades are formed and rigidly connected with it. The rotating secondary winding and the magnetic core are separated by an additional fixed heat-insulating element of anti-friction non-conductive material, which acts as a radial and / or thrust sliding bearing and is integral with the magnetic core and primary winding. Antifriction non-conductive material consists of a composite polymer based on epoxy-diane resin with a filler made of fluoroplastic powder, chopped fiberglass and aluminum oxide Al ₂ O ₃ (for example, in a weight ratio: 75 ... 85% - epoxy-diane resin, 4 ... 6% - fluoroplast-4, 5 ... 7% - alumina Al ₂ O ₃ , the rest is chopped glass fiber) or silicon dioxide SiO ₂ (for example, in a weight ratio: 75 ... 85% - epoxy-diane resin, 4 ... 6% - fluoroplast- 4, 6 ... 12% - silicon dioxide SiO ₂ , the rest is chopped glass fiber).

В таблице 1 приведены примеры реализации композиции, используемой в качестве материала дополнительного неподвижного теплоизолирующего элемента теплогенерирующего электромеханического преобразователя при включении оксида алюминия, в таблице 2 - при включении двуокиси кремния.Table 1 shows examples of the implementation of the composition used as the material of the additional stationary heat-insulating element of the heat-generating electromechanical converter when aluminum oxide is turned on, and in table 2 - when silicon dioxide is turned on.

Таблица 1Table 1 Весовые соотношения компонентов при использовании оксида алюминияWeight ratios of components using alumina КомпонентыComponents I реализацияI implementation II реализацияII implementation Эпоксидно-диановая смолаEpoxy Dianne Resin 85%85% 75%75% Фторопласт-4Ftoroplast-4 4%four% 6%6% Оксид алюминияAluminium oxide 5%5% 7%7% Рубленое стекловолокноChopped fiberglass остальноеrest остальноеrest

Таблица 2table 2 Весовые соотношения компонентов при использовании двуокиси кремнияThe weight ratio of the components when using silicon dioxide КомпонентыComponents I реализацияI implementation II реализацияII implementation Эпоксидно-диановая смолаEpoxy Dianne Resin 85%85% 75%75% Фторопласт-4Ftoroplast-4 4%four% 6%6% Двуокись кремнияSilica 6%6% 12%12% Рубленое стекловолокноChopped fiberglass остальноеrest остальноеrest

При этом эпоксидно-диановая смола и рубленое стекловолокно обеспечивают большую прочность, малую усадку, хорошую адгезию, низкую водопоглощаемость, фторопласт - высокую износостойкость, низкий коэффициент трения, высокое электрическое сопротивление, оксид алюминия Al₂O₃ или двуокись кремния SiO₂ - высокую теплопроводность дополнительного неподвижного теплоизолирующего элемента. При работе теплогенерирующего электромеханического преобразователя первичная обмотка является наиболее напряженным в тепловом отношении элементом, поскольку находится внутри дополнительного неподвижного теплоизолирующего элемента из композиционного материала. Количество тепловой мощности, отводимое от первичной обмотки, определяется тепловым сопротивлением дополнительного неподвижного теплоизолирующего элемента, зависящего от коэффициентов теплопроводности отвержденной эпоксидно-диановой смолы (0,064 …0,216 Вт/(м·К)), фторопласта (0,25 Вт/(м·К)), рубленого стекловолокна (0,030…0,050 Вт/(м·К)). Использование оксида алюминия Al₂O₃ с коэффициентом теплопроводности 25…30 Вт/(м·К) или кремния SiO₂ с коэффициентом теплопроводности 1…7 Вт/(м·К)) приводит к снижению теплового сопротивления, соответственно к увеличению количества отводимого от первичной обмотки тепла и снижению ее температуры. Уменьшение температуры обмотки на каждые 10…12 градусов ведет к увеличению ее срока службы практически в два раза, что соответственно приводит к повышению надежности теплогенерирующего электромеханического преобразователя.At the same time, epoxy-diane resin and chopped glass fiber provide greater strength, low shrinkage, good adhesion, low water absorption, fluoroplastic - high wear resistance, low friction coefficient, high electrical resistance, alumina Al ₂ O ₃ or silicon dioxide SiO ₂ - high thermal conductivity of additional motionless insulating element. During operation of a heat-generating electromechanical converter, the primary winding is the most thermally stressed element, since it is located inside an additional stationary heat-insulating element made of composite material. The amount of thermal power removed from the primary winding is determined by the thermal resistance of an additional fixed heat-insulating element, depending on the thermal conductivity of the cured epoxy-diane resin (0.064 ... 0.216 W / (m · K)), fluoroplastic (0.25 W / (m · K )), chopped fiberglass (0,030 ... 0,050 W / (m · K)). The use of aluminum oxide Al ₂ O ₃ with a coefficient of thermal conductivity of 25 ... 30 W / (m · K) or silicon SiO ₂ with a coefficient of thermal conductivity of 1 ... 7 W / (m · K)) leads to a decrease in thermal resistance, respectively, to an increase in the amount removed from primary winding of heat and lowering its temperature. A decrease in the temperature of the winding for every 10 ... 12 degrees leads to an increase in its service life by almost a factor of two, which accordingly leads to an increase in the reliability of the heat-generating electromechanical converter.

Таким образом, использование для дополнительного неподвижного теплоизолирующего элемента, представляющего собой радиальный и/или упорный подшипник скольжения, композиции, например, в весовом соотношении: 75…85% - эпоксидно-диановая смола, 4…6% - фторопласт, 5…7% - оксид алюминия Al₂O₃ или 6…12% - двуокись кремния SiO₂, остальное - рубленое стекловолокно, позволяет уменьшить нагрев первичной обмотки и повысить надежность теплогенерирующего электромеханического преобразователя.Thus, the use for an additional stationary heat-insulating element, which is a radial and / or thrust sliding bearing, of a composition, for example, in a weight ratio: 75 ... 85% - epoxy-diane resin, 4 ... 6% - fluoroplastic, 5 ... 7% - alumina Al ₂ O ₃ or 6 ... 12% - silicon dioxide SiO ₂ , the rest is chopped glass fiber, which reduces the heating of the primary winding and improves the reliability of the heat-generating electromechanical converter.

Claims (1)

Теплогенерирующий электромеханический преобразователь, содержащий первичную обмотку, магнитопровод и вращающуюся короткозамкнутую вторичную обмотку, выполненную в виде полого цилиндра, отделенного от магнитопровода дополнительным теплоизолирующим элементом из антифрикционного неэлектропроводящего материала, выполняющего функцию радиального и/или упорного подшипника скольжения и составляющего единое целое с магнитопроводом и первичной обмоткой, а на внутренней поверхности вторичной обмотки сформированы и жестко связаны с ней напорные лопасти, при этом дополнительный неподвижный теплоизолирующий элемент состоит из полимерного композиционного материала на основе эпоксидно-диановой смолы, фторопласта и рубленого стекловолокна, отличающийся тем, что в состав материала, образующего дополнительный теплоизолирующий элемент включены оксид алюминия Al₂O₃ 5…7% или двуокись кремния SiO₂ 6…12%, а остальные компоненты находятся в следующем весовом соотношении: эпоксидно-диановая смола - 75…85%, фторопласт-4 - 4…6%, остальное - рубленое стекловолокно. A heat-generating electromechanical converter containing a primary winding, a magnetic circuit and a rotating squirrel-cage secondary winding made in the form of a hollow cylinder, separated from the magnetic circuit by an additional heat-insulating element of antifriction non-conductive material, which acts as a radial and / or thrust sliding bearing and is integral with the magnetic circuit , and on the inner surface of the secondary windings are formed and rigidly connected with it n supporting blades, while the additional stationary heat-insulating element consists of a polymer composite material based on epoxy-diane resin, fluoroplastic and chopped fiberglass, characterized in that the composition of the material forming the additional heat-insulating element includes aluminum oxide Al ₂ O ₃ 5 ... 7% or silicon dioxide SiO ₂ 6 ... 12%, and the remaining components are in the following weight ratio: epoxy-diane resin - 75 ... 85%, fluoroplastic-4 - 4 ... 6%, the rest is chopped glass fiber.