Торцевий асинхронний електродвигун з вільним ротором

Торцевий асинхронний електродвигун з вільним ротором, який містить один або два кільцеві статори з розподіленими електричними обмотками, що покладені у пазах торцевих поверхонь з боку ротора, виконаних під кутом нахилу до радіуса від 0° до 90°, ротор кільцевої форми зі струмопровідного матеріалу, зовнішній радіус якого не менший за зовнішній радіус статорів, а пази в статорах прокладено так, що точки їх осей, найближчі до центра статора, визначають коло, зване ділильним, радіус якого RO знаходять із співвідношення: 2 3 91471 RPB - радіус ротора внутрішній; RCB - радіус статора внутрішній; RCH - радіус статора зовнішній. Внутрішній радіус ротора більший за внутрішній радіус статора, причому відношення внутрішнього радіусу ротора до зовнішнього радіусу ста1 тора вибирається в інтервалі від до 1, при 2 цьому як ротор може бути використаний алмазний відрізний круг з внутрішньою різальною крайкою. Внутрішній радіус ротора може бути меншим за внутрішній радіус статора, а відношення внутрішнього радіусу статора до зовнішнього радіусу 1 статора вибирають в інтервалі від до 1, при2 чому ротор може бути використаний як робоче колесо відцентрового насоса. Недоліками прототипу є недостатня величина крутного моменту на роторі та низький рівень стійкості його положення при обертанні без механічних опор, неможливість при фіксованих габаритних розмірах конструктивно змінювати крутний момент та рівень стійкості обертального руху ротора в залежності від потреб використання електродвигуна. В основу винаходу поставлена задача удосконалення торцевого асинхронного електродвигуна з вільним ротором шляхом подвійної зміни напряму нахилу пазів з покладеними у них електричними обмотками. Це приведе до збільшення крутного моменту на роторі та до підвищення стійкості його положення при обертанні, забезпечить зростання ККД та надійності торцевого асинхронного електродвигуна з вільним ротором. Поставлена задача досягається тим, що торцевий асинхронний електродвигун з вільним ротором, який містить один або два кільцеві статори з розподіленими електричними обмотками, що покладені у пазах торцевих поверхонь з боку ротора, зроблених під кутом нахилу до радіусу від 0° до 90°, ротор кільцевої форми зі струмопровідного матеріалу, зовнішній радіус якого не менший за зовнішній радіус статорів, а пази в статорах прокладено так, що точки їх осей, найближчі до центру статора, визначають коло, зване ділильним, радіус якого RO знаходять із співвідношення: RO RCH де RPB RCB 4 4 1 4 2 1 при , RPB RCB RPB , RCH а при RCB , RCH RPB - радіус ротора внутрішній; RCB - радіус статора внутрішній; RCH - радіус статора зовнішній, а внутрішній радіус ротора більший за внутрішній радіус статора, причому відношення внутрішнього радіусу ротора до зовнішнього радіусу 1 статора вибирається в інтервалі від до 1, при 2 4 цьому як ротор може бути використаний алмазний відрізний круг з внутрішньою різальною крайкою, також внутрішній радіус ротора може бути меншим за внутрішній радіус статора, а відношення внутрішнього радіусу статора до зовнішнього радіусу 1 статора вибирають в інтервалі від до 1, при2 чому ротор може бути використаний як робоче колесо відцентрового насоса, згідно винаходу, статори у радіальному напрямі однаково поділені на три ділянки кільцевої форми, у яких нахил пазів та покладених у них електричних обмоток відрізняється за напрямом відносно радіусу, ширина кожної ділянки складає третину товщини статорів у радіальному напрямі. Технічним результатом є підвищення потужності торцевого асинхронного електродвигуна, його ККД та надійності, можливість змінювати крутний момент на роторі та головний вектор радіальних сил, який забезпечує стійкість положення ротора при обертанні, через зміну розмірів ділянок статорів з різним напрямом нахилу пазів відносно радіусу. На Фіг.1 показаний фронтальний вид з розрізом торцевого асинхронного електродвигуна з вільним ротором; на Фіг.2 - вид зверху фрагменту кільцевого статора з відокремленими трьома ділянками, де змінюється напрям нахилу пазів, у яких розташована трифазна електрична обмотка, зображені також електродинамічні сили, що діють на елементарні площадки ротора в проекції на відповідну ділянку статора, стрілкою зображено напрям обертання ротора. Торцевий асинхронний електродвигун з вільним ротором містить верхній статор 1, ротор 2, який є вільним і не має механічних опор, нижній статор 3. На торцевих поверхнях статорів 1 і 3, повернутих до ротора 2, розташовані розподілені трифазні електричніобмотки 4 в пазах 5 (Фіг.2). Статори 1, 3 поділені на внутрішню ділянку 6 (обмежену колами з радіусами RCB і R1 ), середню ділянку 7 (обмежену колами з радіусами R1 і R 2 ) та зовнішню ділянку 8 (обмежену колами з радіусами R 2 і RCH ) з різними напрямами кута нахилу пазів 5 відносно радіусу (Фіг.2). Нахил пазів 5 до радіусу у бік, протилежний обертанню ротора 2, має тільки перша - внутрішня ділянка статорів 1 і 3, коли осі її пазів 5 визначають так зване ділильне коло з радіусом R 0 . На другій, середній ділянці, пази 5 не мають кута нахилу до радіусу, а їх осі збігаються до геометричних центрів кільцевих статорів 1 і 3. На третій, зовнішній ділянці, пази 5 нахилено у бік обертання ротора 2, а осі пазів 5 визначають ділильне коло з радіусом R 0 . Ширина кожної ділянки складає третину статорів 1 і 3 у радіальному напрямі. На внутрішній 6 та зовнішній 8 ділянках середні величини кутів нахилу пазів 5 до радіусу складають в та н відповідно (Фіг.2). Торцевий асинхронний електродвигун з вільним ротором працює наступним чином. Електричні обмотки 4 статорів 1 та 3 вмикають у мережу три 5 91471 фазного змінного струму, при цьому вони створюють магнітне поле, яке обертається навколо центрів статорів 1 і 3. Під його дією у роторі 2 виникають електрорушійна сила та струми індукції. В результаті взаємодії полів статорів 1, 3 та ротора 2 виникають електродинамічні сили, що приводять ротор 2 до обертального руху. Напрями обертання магнітних полів статорів 1, 3 та обертання ротора 2 збігаються і показані стрілкою на Фіг.2. Ротор 2 не має механічних опор, наприклад підшипників кочення, тому приводиться до обертання, утримується у робочому просторі електродвигуна та сприймає зовнішні навантаження за рахунок електродинамічних сил. Для цього розподіл електродинамічних сил, які діють на ротор 2, змінюється у радіальному напрямі. В проекції на внутрішню ділянку 6 статора 3 на елементарну площадку ротора 2 діє сила FB , яка ротор 2 обертає відносно статора 3 та намагається його здвинути назовні. В проекції на середню ділянку 7 статора 3 на елементарну площадку діє сила FC , яка тільки розкручує ротор 2, тому що не має радіальної складової. В проекції на зовнішню ділянку 8 статора 3 на елементарну площадку ротора 2 діє сила FH , яка розкручує ротор 2 та намагається здвинути його до центру (Фіг.2). Всі ці сили приводяться до головного моменту, який забезпечує обертальний рух ротора 2 та головного вектора, який залежить від положення ротора 2 і завжди спрямований проти будь-якого його зсуву від вихідного центрального положення, показаного на Фіг.1. Стійкість положення при обертальному русі ротора 2 полягає у Комп’ютерна верстка Т. Чепелева 6 тому, що при дії навантаження, або випадкових збуреннях, виникає деяке мале зміщення ротора 2, і воно приводить до виникнення головного вектора електродинамічних сил, який перешкоджає зсуву та повертає ротор 2 у вихідне центральне положення. Додаткове зростання крутного моменту на роторі 2 досягається збільшенням середньої ділянки за рахунок внутрішньої та зовнішньої ділянок статорів 1 і 3. Додаткове збільшення стійкості положення ротора 2 при обертанні - навпаки. Вмикання та вимкнення електродвигуна, регулювання частоти обертання ротора 2 забезпечується зміною частоти струмів у електричних обмотках 4 статорів 1 та 3. Використання торцевого асинхронного електродвигуна з вільним ротором, дозволяє: - створювати динамічні насоси з максимально високим рівнем герметичності та безпеки для перекачуванні небезпечної рідини; - при застосуванні у приладах зменшити вібрації та шум, підняти максимальну швидкість обертання роторів; - при застосуванні у верстатах для різання монокристалів - у декілька разів знизити масу та габарити технологічного обладнання, його енергоспоживання і собівартість; - при застосуванні у інших машинах з прямим приводом робочих органів вирішити завдання передачі обертального руху (крутного моменту) через герметичну оболонку (стінку), яка розділяє середовища, досягти підвищення надійності при одночасному зниженні собівартості машин. Підписне Тираж 26 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601