190860. lajstromszámú szabadalom • Elrendezés motorok hűtésére, különösen villamos vontató motorokhoz, valamint belsőégésű járműmotorokhoz
1 190.860 2 A találmány tárgya elrendezés motorok hűtésére, különösen villamos vontató motorokhoz, és belsőégésű járműmotorokhoz. A villamos vontató motorok hűtése ma általában levegővel történik, amelyet ventilátor hajt át a motoron. Az általában erősen kihasznált vontatómotorok igen intenzív hűtést, tehát nagy mennyiségű hűtőlevegőt igényelnek. A hűtő ventilátor hajtására a technika mai állása szerint kétféle elrendezést alkalmaznak. Az egyik ismert elrendezés az önellenőrzés, amikor a hütő ventilátor a motor tengelyére van fölékelve. Ez az elrendezés igen előnyös állandó vagy közel állandó fordulatszámú hajtásokhoz. A vontató motorok fordulatszáma azonban nagymértékben változik, legnagyobb fordulatszámukat sok esetben hosszú időn keresztül nem érik el, vagy meg sem közelítik. így például hoszszabb hegymenetben a fordulatszám viszonylag kicsi, ugyanakkor azonban a motorban keletkező veszteség jelentős. Hasonló helyzet állhat elő például városi tömegközlekedési járműveknél csúcsforgalmi időszakban, amikor az erősen akadályozott forgalom miatt a jármű a legnagyobb sebességet nem éri el, de a gyakori indítások és villamos fékezések miatt a motorban nagy veszteség keletkezik. Az elmondottak miatt az önszellőzésű vontató motorok ventilátorát nem lehet a maximális fordulatszámra méretezni. A ventilátort úgy méretezik, hogy az a maximális fordulatszámnál sokkal kisebb fordulatszámon, például a maximális fordulatszám 1/3-án megfelelő hűtést hozzon létre. A fordulatszám további növekedésével a motoron áthajtott hűtőlevegő mennyisége tovább nő ugyan, de ez a hűtés hatékonyságát csak egyre csökkenő mértékben javítja. A levegő mennyiségének növelésével csökken ugyan a levegő hőfokemelkedése és javul a hőátadási tényező, ezért csökken a hűtött felületek és a hűtőlevegő közötti hőlépcső, de a veszteséghő keletkezési helye, például a tekercselés rézanyaga és a hűtött felületek közötti belső, például a szigetelésen és a vastesten föllépő hőesés változatlan marad; növekvő légmennyiség esetén mindinkább az utóbbi hőesések kezdenek dominálni és az eredő hőlépcső mind kevésbé csökken. A valamelyest mégis javuló hűtés miatti csökkenő tekercs hőmérsékletre pedig tulajdonképpen nincs szükség, hiszen a szigetelés a megengedett maximális hőmérséklet figyelembevételével igen hosszú élettartamra van méretezve. A ventilátornak a méretezési fordulatszámnál nagyobb fordulatszámú üzeme azonban nemcsak fölösleges, hanem kifejezetten káros is. A ventilátor teljesítmény fölvétele ugyanis a fordulatszám harmadik hatványával nő és ha a ventilátor méretezési fordulatszáma pl. a motor maximális fordulatszámának 1/3-a, akkor a motor maximális fordulatszámán a ventilátor teljesítmény fölvétele a névleges érték kilencszerese, és ez már egyáltalán nem elhanyagolható, megközelítheti a motor névleges teljesítményének 10%-át. A másik súlyos hátrány, hogy az ilyen módon méretezett és hajtott ventilátor a maximális fordulatszámon rendkívül zajos. Egyhazai fejlesztésű trolibuszon végzett zajmérés szerint a maximális sebességgel haladó járműben a vontatómotorok ventilátora kiemelkedően a legnagyobb zajforrás. A motorok hűtésének másik ismert elrendezése a külső szellőzés, amikor a ventilátort kisebb teljesítményű külön motor hajtja. Ez a megoldás kedvező hűtést eredményez - a motort álló állapotban is hűteni tudja - teljesítményfelvétele viszonylag kicsi és nem okoz jelentős zajt. Hátránya ennek a megoldásnak, hogy az előbbinél költségesebb és a fő motorétól független külön áramellátást igényel; ha az utóbbi bármi ok miatt kimarad vagy maga a ventilátormotor meghibásodik, akkor a fő motor és vele együtt esetleg a jármű is üzemképtelenné válik annak ellenére, hogy a fő motornak semmi hibája nincs. Találmányunk kidolgozásakor célul tűztük ki olyan hűtési elrendezés létrehozását, amely mentes az önszellőzés hátrányaitól, de üzembiztosabb a külső szellőzésnél. Találmányunk alapgondolata az, hogy a ventilátor hajtásához szükséges forgatónyomaték a fordulatszám négyzetével növekszik. Ha tehát az önszellőzésű motor forgórészét és a ventilátort olyan nyomatékátvitellel kapcsoljuk egymáshoz, amely egy jól meghatározott nyomatéknél nagyobbat nem képes átvinni, akkor a ventilátor nem képes egy meghatározott, az előbbi nyomaték négyzetgyökével arányos fordulatszámnál nagyobb fordulatszámot elérni. A nyomatékátvitelnek olyannak kell lennie, hogy a motor fordulatszámának növekedésekor a motor és a ventilátor fordulatszáma között szlip keletkezzék és a ventilátor fordulatszáma megközelítően a fenti értéken állandósuljon anélkül, hogy ez a szlip a nyomatékátvivő szerkezet meghibásodását eredményezné. Ilyen szerkezet például a mágneses aszinkron tengelykapcsoló. A találmány ennek megfelelően elrendezés villamos motorok hűtésére, különösen vontató motorokhoz, amelynek a hűtő levegőáram létrehozására alkalmas módon kialakított, a villamos motor forgórésze által hajtott ventilátora van. A találmány abban van, hogy a ventilátornak a motor csapágyazásától független csapágya^) vannak, és a motor forgórésze és a ventilátor között a forgatónyomatékot elektromágneses erőkkel közvetítő mágneses tengelykapcsoló van elrendezve. A találmány továbbá elrendezés nem villamos motorok, különösen belsőégésű járműmotorok hűtésére, amelynek a hűtő levegőáram létrehozására alkalmas módon kialakított, a motor által hajtott ventilátora van. Itt a találmány abban van, hogy a motor és a ventilátor közé a forgatónyomatékot elektromágneses erőkkel közvetítő mágneses tengelykapcsoló van beiktatva, amelynek első része mechanikus erőátviteli kapcsolatban van a motorral, második részének pedigönálló csapágya(i) vannak, és mechanikus erőátviteli kapcsolatban van a ventilátorral, vagy azzal szerkezetileg össze van építve. A találmányt rajz alapján ismertetjük részletesebben. Az 1. ábra a találmány szerinti elrendezés egyik kiviteli alakjának vázlata villamos motor hűtésére. 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65
