двигатель для транспортного средства

Формула изобретения

1. Двигатель для транспортного средства, установленный на железнодорожном поезде и имеющий вентилятор, который установлен на валу ротора и который подводит наружный воздух к двигателю, причем двигатель для транспортного средства содержит стопор, который функционирует в качестве позиционирующего элемента для вентилятора в осевом направлении, который закреплен между подшипником, поддерживающим вал ротора, и вентилятором, вставленным с одного конца вала ротора, и который имеет такую поверхность, образованную противоположно вентилятору, чтобы она совмещалась с вентилятором, при этом вентилятор прикреплен крепежным элементом, который введен по направлению к стопору по существу параллельно валу ротора и имеет коэффициент линейного расширения, устанавливаемый большим коэффициентом линейного расширения вала ротора и стопора.

2. Двигатель по п.1, в котором стопор образован так, что поверхность, противоположная вентилятору, является углубленной, а вентилятор имеет поверхность, которая лежит напротив стопора и имеет выступающую форму, совмещаемую со стопором.

3. Двигатель по п.1, в котором стопор образован так, что поверхность, противоположная вентилятору, является выступающей, а вентилятор имеет поверхность, которая лежит напротив стопора и имеет углубленную форму, совмещаемую со стопором.

4. Двигатель по п.1, в котором коэффициент линейного расширения стопора меньше коэффициента линейного расширения вала ротора.

Описание изобретения к патенту

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Настоящее изобретение относится к двигателю для транспортного средства, который приводит в движение железнодорожное транспортное средство, и, в частности, относится к конфигурации внешнего вентилятора.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

В общем, когда двигатель разогревается за счет тепла, созданного во время протекания электрического тока, старение изоляции ускоряется и вызывает уменьшение долговечности или эффективности. В результате, необходимо охлаждать внутреннюю область двигателя. Особенно за последние годы получили развитие полностью закрытые двигатели с принудительной вентиляцией, которые имеют внешний вентилятор, который крепится к валу ротора на конце, лежащем на внешней стороне корпуса, и внутренний вентилятор, который перемешивает воздух внутри двигателя. Особенно, принимая во внимание результат наружной эксплуатации, распространена практика крепления внешнего вентилятора болтами, которые совмещаются вставкой в направлении вала ротора.

В традиционной технологии, описанной в публикации выложенной заявки на патент Японии № Н05-300698 (далее - Документ 1), вентилятор, который прикреплен к валу ротора подобным описываемому выше образом, вращается так, чтобы позволять наружному воздуху входить в двигатель, а теплу - выходить из него. В результате, двигатель охлаждается эффективным образом.

ТЕХНИЧЕСКАЯ ЗАДАЧА

В традиционной технологии, описанной в Документе 1, вентилятор прикреплен болтами к упору вала (стопору) или прикреплен болтами к концевой поверхности вала ротора. Однако отверстия под болты, образованные на вентиляторе, имеют диаметр, превышающий диаметр болтов. По этой причине, если вал ротора подвергается изменению крутящего момента, равного или большего силы трения болтового крепления, то центры болтов смещаются относительно отверстий под болты. Иногда это приводит к расшатыванию болтов, что в итоге вызывает их разрушение. В таком случае, вентилятор может открепиться.

Настоящее изобретение направлено на решение указанных задач в традиционной технологии, при этом объектом настоящего изобретения является двигатель для транспортного средства, который выполнен таким образом, что при нормальной температуре вентилятор может быть легко вынут, а при высокой температуре или при низкой температуре вентилятор может быть предотвращен от смещения, которое может возникать из-за изменения крутящего момента вала ротора.

РЕШЕНИЕ ЗАДАЧИ

Для решения указанных задач и создания объекта, двигатель для транспортного средства согласно настоящему изобретению, установленный на железнодорожном поезде, имеет вентилятор, который закреплен на валу ротора и который подводит наружный воздух в двигатель, причем двигатель для транспортного средства также содержит стопор, который функционирует в качестве позиционирующего элемента для вентилятора в осевом направлении, который закреплен между подшипником, поддерживающим вал ротора, и вентилятором, вставленным с одного конца вала ротора, и который имеет поверхность, образованную противоположно вентилятору так, чтобы совмещаться с вентилятором, причем вентилятор прикреплен крепежным элементом, который введен по направлению к стопору по существу параллельно валу ротора и имеет коэффициент линейного расширения, превышающий коэффициенты линейного расширения вала ротора и стопора.

ПОЛОЖИТЕЛЬНЫЕ ЭФФЕКТЫ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Согласно аспекту настоящего изобретения создан вентилятор, который изготовлен из материала, имеющего коэффициент линейного расширения, превышающий коэффициенты линейного расширения вала ротора и стопора, и выполнен с возможностью вмещения в стопор. В результате, при нормальной температуре вентилятор может быть легко вынут, а при высокой температуре или при низкой температуре вентилятор может быть предотвращен от смещения, которое может возникать из-за изменения крутящего момента вала ротора.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Фиг.1 - вид в вертикальном сечении двигателя с центральным фокусом на вентиляторе;

Фиг.2 - вид в вертикальном сечении, объясняющий конфигурацию вентилятора двигателя согласно первому варианту выполнения;

Фиг.3 - схема, иллюстрирующая состояние, в котором вентилятор двигателя с Фиг.2 крепится к валу ротора;

Фиг.4 - вид в сечении по линии А-А с Фиг.3;

Фиг.5 - схема, объясняющая отношение между коэффициентами линейного расширения и тормозным крутящим моментом; и

Фиг.6 - вид в вертикальном сечении, объясняющий конфигурацию вентилятора двигателя согласно второму варианту выполнения.

ОПИСАНИЕ ВАРИАНТОВ ВЫПОЛНЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Примерные варианты выполнения двигателя (или электродвигателя) для транспортного средства согласно настоящему изобретению описаны ниже подробно со ссылкой на прилагаемые чертежи. Настоящее изобретение не ограничено этими примерными вариантами выполнения.

ПЕРВЫЙ ВАРИАНТ ВЫПОЛНЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Фиг.1 представляет собой вид в вертикальном сечении двигателя 100 с центральным фокусом на вентилятор 30; Фиг.2 представляет собой вид в вертикальном сечении, объясняющий конфигурацию вентилятора 30 согласно первому варианту выполнения; Фиг.3 представляет собой схему, иллюстрирующую состояние, в котором вентилятор 30, проиллюстрированный на Фиг.2, крепится к валу ротора; Фиг.4 представляет собой вид в сечении по линии А-А с Фиг.3; и Фиг.5 представляет собой схему, объясняющую отношение между коэффициентами линейного расширения и тормозным крутящим моментом.

На Фиг.1 проиллюстрировано, что в двигателе 100 вентилятор 30 прикреплен к валу 10 ротора болтами (крепежными элементами) 40, и стопор 20, служащий в качестве позиционирующего элемента для вентилятора 30 в осевом направлении, размещен между вентилятором 30 и подшипником 50.

Далее со ссылкой на Фиг.2-5 приведено объяснение, относящееся к конфигурации вентилятора 30, проиллюстрированного на Фиг.1. Вентилятор 30 имеет главную секцию (выступающую секцию) 31, которая вмещается вдоль осевого направления в углубленный участок 21 стопора 20 для подшипника 50. Кроме того, в результате вмещения в стопор 20, вентилятор 30 совмещается с валом 10 ротора. При этом, вал 10 ротора и стопор 20 изготовлены из, например, железа; тогда как вентилятор 30 изготовлен из, например, алюминия. Объяснение, касающееся коэффициента линейного расширения каждого элемента и касающееся передачи крутящего момента, будет приведено далее.

Нижеприведенное представляет размеры контактного участка в каждом элементе. Здесь проиллюстрированы диаметр в боковом направлении вала 10 ротора (далее «диаметр D вала ротора»); диаметр углубленного участка 21 стопора 20 (далее «диаметр ds стыкующейся с вентилятором поверхности»); диаметр того участка вентилятора 30, который контактирует с валом ротора 10 (далее «диаметр df1 стыкующейся с валом ротора поверхности»); и диаметр главной секции 31, которая вмещена в углубленный участок 21 стопора 20 (далее «диаметр df2 стыкующейся со стопором поверхности»).

Болты 40, проиллюстрированные на Фиг.4, навинчены на стопор 20 через отверстия под болты, которые образованы на вентиляторе 30. Вентилятор 30 и стопор 20 скреплены с помощью болтов 40. При этом стопор 20 помещен на вал 10 ротора посредством горячей запрессовки.

На виде в сечении А-А, проиллюстрированном на Фиг.4, вал 10 ротора, главная секция 31 и стопор 20 по существу проиллюстрированы в совмещенном состоянии при нормальной температуре. Между совмещенными участками указанных элементов проиллюстрирован небольшой зазор. Здесь, главная секция 31 размещена на наружной стороне вала 10 ротора и на внутренней стороне стопора 20. То есть, главная секция 31 расположена между валом 10 и стопором 20.

В промежутке между внутренней периферией главной секции 31 и внешней периферии вала 10 ротора проиллюстрирован зазор, который представлен при нормальной температуре. Подобным образом, в промежутке между внешней периферией главной секцией 31 и внутренней периферией стопора 20 проиллюстрирован зазор, который представлен при нормальной температуре. Двигатель 100 согласно первому варианту выполнения выполнен таким образом, что за счет разницы в коэффициентах линейного расширения элементов при низкой температуре или при высокой температуре контактное давление на совмещенных участках увеличивается так, чтобы менять тормозной крутящий момент между этими элементами.

Это взаимодействие будет подробно объяснено далее. Как показано на Фиг.2, например, когда температура окружающей среды вокруг вентилятора 30 уменьшается, диаметр df1 стыкующейся с валом ротора поверхности становится меньше диаметра D вала ротора, так как степень стягивания вентилятора 30 (выполненного, например, из алюминия) больше степени стягивания вала 10 ротора (выполненного, например, из железа). Поэтому, это приводит к увеличению контактного давления между стыкующейся с валом ротора поверхности 32 и валом 10 ротора.

С ростом температуры окружающей среды вокруг вентилятора 30, диаметр df2 стыкующейся со стопором поверхности становится больше диаметр ds стыкующейся с вентилятором поверхности, так как степень стягивания вентилятора 30 (выполненного, например, из алюминия) больше степени стягивания стопора 20 (выполненного, например, из железа). Поэтому, это приводит к увеличению контактного давления между главной секцией 31 и стопором 20.

Со ссылкой на Фиг.5 далее объясняется отношение между коэффициентами линейного расширения и тормозным крутящим моментом с использованием вычислительных формул. Во-первых, определено, что участок, на котором вал 10 ротора и главная секция 31 контактируют, имеет диаметр d1, участок, на котором главная секция 31 и стопор 20 контактируют, имеет диаметр d2, и стопор имеет диаметр d3. В этом случае, коэффициент Al линейного расширения алюминия и коэффициент Fe линейного расширения железа могут быть выражены, как в выражении (1):

коэффициенты линейного расширения: Al> Fe (1)

Изменение Т температуры может быть выражено, как в выражении (2):

изменение температуры: Т=Т-Tr (где Tr: нормальная температура) (2)

Разница между коэффициентом Al линейного расширения алюминия и коэффициентом Fe линейного расширения железа может быть выражена, как в выражениях (3) и (4).

d₁=( Al- Fe)d₁ T (3)

d₂=( Fe- Al)d₂ T (4)

Когда изменение температуры Т>0, разница между коэффициентом Al линейного расширения алюминия и коэффициентом Fe линейного расширения железа может быть выражено, как в выражениях (5) и (6).

Когда Т>0, d₁>0, d₂<0 (5)

Когда Т<0, d₁<0, d₂>0 (6)

Таким образом, при высокой температуре, алюминий и железо упираются друг в друга (находясь в состоянии горячепрессованной посадки) при диаметре d2 участка, на котором главная секция 31 и стопор 20 контактируют. Более того, при низкой температуре (например, когда двигатель 100 запускается на местности в области холодной погоды), алюминий и железо упираются друг в друга (находясь в состоянии посадка при помощи охлаждения) при диаметре d1 участка, на котором вал 10 ротора и главная секция 31 контактируют.

Контактное давление PQ алюминия и железа может быть выражено, как в выражениях (7) и (8).

когда Т>0,

(7)

где EAl: Модуль упругости Al, EFe: Модуль упругости Fe, : коэффициент Пуассона

когда Т<0

(8)

При диаметре d2 участка, на котором главная секция 31 и стопор 20 контактируют, тормозной крутящий момент Т может быть выражен как на Фиг.9. При диаметре d1 участка, на котором вал 10 ротора и главная секция 31 контактируют, тормозной момент Т может быть выражен, как в Выражениях (9) и (10).

когда Т>0,

(9)

где : коэффициент трения, А₁: латеральная область внешнего диаметра d₁

когда Т<0

(10)

где А₂: латеральная область внешнего диаметра d₂

Таким образом, двигатель 100 согласно первому варианту выполнения выполнен таким образом, что при низкой температуре контактное давление PQ на участке стыка между стыкующейся с валом ротора поверхностью 32 и валом 10 ротора увеличивается, тем самым приводя к созданию тормозного крутящего момента Т между валом 10 ротора и вентилятором 30. Более того, конфигурация является такой, что при высокой температуре, контактное давление PQ на участке стыка между главной секцией 31 и стопором 20 увеличивается, тем самым приводя к созданию тормозного крутящего момента Т между стопором 20 и главной секцией 31.

Для сравнения, в традиционном двигателе, например, вентилятор непосредственно прикреплен к валу двигателя, используя усилие зажима болтов. В таком случае, как также описано выше в разделе технической задачи, крутящий момент вала ротора действует непосредственно на болты. Это может привести к расшатыванию болтов. Более того, в другом типе конфигурации вентилятор прикреплен путем введения болтов в стопор, который помещен в вал ротора посредством горячей запрессовки. В таком случае крутящий момент вала ротора также действует непосредственно на болты.

Как описано выше, в двигателе 100 согласно первому варианту выполнения вентилятор 30 изготовлен из материала, имеющего больший коэффициент линейного расширения, чем коэффициенты линейного расширения вала 10 ротора и стопора 20. Более того, главная секция 31 вентилятора 30 расположена между валом 10 ротора и стопором 20. В результате, например, при температуре, измеренной на ходу, в дополнение к усилию зажима болтов 40, также можно применять тормозной крутящий момент Т в направлении вращения независимо от того, является ли температура высокой или низкой. Вследствие этого, например, при температуре, при которой выполняется эксплуатация вентилятора 30 (то есть при нормальной температуре Tr), вентилятор 30 может быть отделен без затруднений. Более того, если болты 40 становятся ослабленными при низкой температуре, вентилятор все еще может быть предотвращен от смещения, которое может возникать из-за изменения крутящего момента. Более того, так как нагрузка на болты 40 уменьшается, можно уменьшать количество болтов 40 или снижать размеры болтов 40. Кроме того, так как достаточно обрабатывать только совмещенный участок между стопором 20 и главной секцией 31, конфигурация участка стыка вентилятора 30 может быть упрощена. В результате, вентилятор 30 может стать легче, может быть установлен в меньшее пространство и может быть изготовлен за низкую цену.

ВТОРОЙ ВАРИАНТ ВЫПОЛНЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

В двигателе 100 для транспортного средства согласно второму варианту выполнения стопор 20 и главная секция 31 имеют различные формы. Нижеприведенное представляет собой описание конфигурации вентилятора согласно второму варианту выполнения. Элементы, идентичные элементам первого варианта выполнения, обозначены теми же ссылочными позициями и их объяснение не повторяется. Ниже объясняются только различие в конфигурации.

Фиг.6 представляет собой вид в вертикальном сечении для объяснения конфигурации вентилятора 30 согласно второму варианту выполнения. Как проиллюстрировано на Фиг.6(а), главная секция 31 вмещается в участок канавки стопора 20. С помощью главной секции 31, стопора 20 и вала 10 ротора, выполненных таким образом, внешняя периферия главной секции 31 контактирует со стопором 20 при высокой температуре. Более того, при низкой температуре вентилятор 30 контактирует с валом 10 ротора, а внутренняя периферия главной секции 31 контактирует со стопором 20.

Как проиллюстрировано на Фиг.6(b), главная секция 33 стопора имеет форму, которая вмещается в участок канавки вентилятора 30. Таким образом, с помощью главной секции 33 стопора, стопора 20 и вала 10 ротора, выполненных таким образом, при низкой температуре: вентилятор 30 контактирует с валом 10 ротора, а внешняя периферия главной секции 33 стопора контактирует с вентилятором 30. Более того, при высокой температуре внутренняя периферия главной секции 33 стопора контактирует с вентилятором 30.

Как описано выше, в двигателе 100 согласно второму варианту выполнения, толщина совмещенного участка между стопором 20 и вентилятором 30 уменьшена по сравнению с первым вариантом выполнения. Это позволяет уменьшать разницу между тормозным крутящим моментом Т при высокой температуре и тормозным крутящим моментом Т при низкой температуре.

При этом, согласно первому и второму вариантам выполнения считается, что вал 10 ротора и стопор 20 изготовлены из железа, а вентилятор 30 изготовлен из алюминия. Однако это не обязательно должно быть единственным случаем. Здесь достаточно, чтобы его коэффициент линейного расширения устанавливался большим коэффициентов линейного расширения вала 10 ротора и стопора 20.

Более того, коэффициент линейного расширения вала 10 ротора и коэффициент линейного расширения стопора 20 могут также иметь различные значения. Например, как проиллюстрировано на Фиг.1, область контактной поверхности между углубленным участком 21 и главной секцией 31 меньше области контактной поверхности между стыкующейся с валом ротора поверхностью 32 и валом 10 ротора. Однако, если коэффициент линейного расширения стопора 20 установлен меньшим коэффициента линейного расширения ротора 10 вала, тормозной крутящий момент Т при высокой температуре может быть неизменен. При этом, материалы элементов, не обязательно ограниченных алюминием и железом и любым другим материалом, могут быть использованы при условии, что указанное отношение между коэффициентами линейного расширения остается неизменным.

В первом и втором вариантах выполнения в качестве примера дается объяснение со ссылкой на внешний вентилятор полностью закрытого двигателя с принудительной вентиляцией. Однако это объяснение не ограничивается полностью закрытым двигателем с принудительной вентиляцией или внешним вентилятором, и также применимо к двигателю, отличному от полностью закрытого двигателя с принудительной вентиляцией, или к вентилятору, отличному от внешнего вентилятора.

Более того, в первом и втором вариантах выполнения болты 40 используются в качестве крепежных элементов для вентилятора 30. Альтернативно, крепежные элементы не ограничиваются болтами 40 при условии, что эти крепежные элементы могут быть навинчены на стопор 20 для крепления вентилятора 30.

ПРОМЫШЛЕННАЯ ПРИМЕНИМОСТЬ

Таким образом, настоящее изобретение применимо к двигателю для транспортного средства, который приводит в движение железнодорожное транспортное средство, и особенно пригодно в качестве изобретения, в котором при нормальной температуре вентилятор может быть легко вынут, и при высокой температуре или низкой температуре вентилятор может быть предотвращен от смещения, которое может возникнуть из-за изменения крутящего момента вала ротора.

ПЕРЕЧЕНЬ ССЫЛОЧНЫХ ПОЗИЦИЙ

10 - вал ротора

20 - стопор

21 - углубленный участок

30 - вентилятор

31 - главная секция

32 - стыкующаяся с валом ротора поверхность

33 - главная секция стопора

40 - болт

50 - подшипник

100 - двигатель

- коэффициент линейного расширения

D - диаметр вала ротора

df1 - диаметр стыкующейся с валом ротора поверхности

df2- диаметр стыкующейся со стопором поверхности

ds - диаметр стыкующейся с вентилятором поверхности

d1 - диаметр участка, на котором вал ротора и главная секция контактируют

d2 - диаметр участка, на котором главная секция и стопор контактируют

d3 - диаметр стопора

T - крутящий момент

Tr - нормальная температура

T - изменение температуры.