Торцевий асинхронний електродвигун з вільним ротором

1. Торцевий асинхронний електродвигун з вільним ротором кільцевої форми із струмопровідного матеріалу, що містить один або два кільцеві статори з розподіленими обмотками на їх торцевих поверхнях з боку ротора, зовнішній радіус ротора 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 R o знаходять із співвідношення: 3 від 1 =до 1, при цьому як ротор може бути вико2 ристаний алмазний відрізний круг з внутрішньою ріжучою крайкою, або внутрішній радіус ротора може бути меншим за внутрішній радіус статора, а відношення внутрішнього радіусу статора до зовнішнього радіусу статора вибирають в інтервалі 1 від =до 1, причому ротор може бути викорис2 таний як робоче колесо відцентрового насоса [1]. Електромагнітні сили, що діють на ротор, направлені перпендикулярно пазу. При похилому пазі створюється як тангенціальна, так і радіальна складові цих сил. Тангенціальна F - створює обертаючий момент і здійснює корисну роботу. Радіальна Fr - створює стабілізуючу силу та не здійснює корисної роботи . Як показано в [2] при радіальному зсуві ротора в робочій зоні електродвигуна утворюється осесиметрична і дві серповидні несиметричні області. З роботи [2], витікає, що величина обертаючого моменту прямопропорційна площі робочої зони, а величина стабілізуючої сили – різниці площ серповидних фігур і синуса кута нахилу паза до радіусу. У осесиметричній області сума проекцій електромагнітних сил на координатні осі дорівнює нулю, і проекції F створюють обертаючий момент, a Fr – врівноважується. Таким чином, F при збільшенні кута нахилу паза зменшується, що призводить до зниження обертаючого моменту, і є причиною пониження ККД. Це і є основним недоліком прототипу. В основу корисної моделі поставлено завдання удосконалення торцевого асинхронного електродвигуна з вільним ротором шляхом створення в осесиметричній області електромагнітних сил, направлених тільки в тангенціальному напрямі, що забезпечить збільшення обертаючого моменту і ККД електродвигуна. Поставлене завдання досягається тим, що в торцевому асинхронному електродвигуні з вільним ротором, який містить кільцевий ротор із струмопровідного матеріалу і один або два кільцевих статора з розподіленими обмотками на їх торцевих поверхнях з боку ротора, згідно корисної моделі, обмотки статорів укладено у ламані пази, радіальні у внутрішній і похилі у зовнішній областях статора, причому кут нахилу з осі паза до радіусу статора на зовнішньому контурі визначається з виразу: arccos( 2 ) (2) 2 Ширина зовнішньої області статорів, в якій знаходиться похила частина пазу, повинна бути не менше величини максимального зсуву центрів ротора і статора, спричиненого дією зовнішніх сил. Технічним результатом корисної моделі, що заявляється, є підвищення обертаючого моменту та ККД торцевого асинхронного електродвигуна з вільним ротором в порівнянні з прототипом. Суть корисної моделі пояснюється ілюстраційним матеріалом, де на фіг. 1 показана фронтальна з 50376 4 проекція торцевого електродвигуна з вільним ротором, коли внутрішній радіус ротора RРВ більше за внутрішній радіус статора R СВ (як ротор застосований алмазний відрізний круг з внутрішньою ріжучою крайкою); на фіг. 2 - горизонтальна проекція (верхній статор не показаний); на фіг. 3 показана схема розміщення паза на торцевій поверхні статора; на фіг. 4 наведено схему виникнення електромагнітних сил при зсуві ротора. Електродвигун (див. фіг. 1 та фіг. 2) містить вільний ротор 1 кільцевої форми, нижній статор 2, верхній статор 3. На торцевих поверхнях статорів 2 і 3, звернених до вільного ротора 1, розташовані розподілені обмотки 4 в ламаних пазах 5. Кут нахилу з осі похилої частини ламаного паза до радіусу статора на зовнішньому контурі визначається із співвідношення (2). Розташування ламаного пазу 5 визначається згідно схеми на фіг. 3. Радіус сполучення R C ділить статори 2 і 3 із зовнішнім радіусом R CЗ і внутрішнім радіусом R CВ на дві області: зовнішню, яка обмежена колами радіусами R CЗ і R C , та внутрішньою, визначену радіусами R C і R CВ . Над поверхнею статора 2 поміщений вільний безобмотковий ротор 1 із струмопровідного матеріалу, із зовнішнім радіусом R РЗ рівним зовнішньому радіусу статора R CЗ і внутрішнім радіусом RРВ . Радіальна частина паза 5 АВ лежить у внутрішній області статора 2 і є джерелом виникнення тільки тангенціальної сили, яка створює обертаючий момент. Похила частина паза 5 ВС, розташована в зовнішній області статора 2, створює силу FЗ , яка розкладається на тангенціальну F З і радіальну FrЗ складові. Сила F З спільно із F B створює обертаючий момент на роторі двигуна, a FrЗ забезпечує стабілізацію ротора 1 у радіальному напрямі. Торцевий асинхронний електродвигун з вільним ротором працює таким чином. Обмотки статорів 2 і 3 вмикаються у мережу трифазного змінного струму при цьому вони створюють обертове магнітне поле, під дією якого в роторі 1 індукує електрорушійна сила, наслідком якої є вихрові струми і магнітне поле вільного ротора 1. В результаті взаємодії полів статорів 2 і 3 та ротора 1, останній приводить до обертального руху. Коли центр обертання ротора 1 співпадає з центром статорів 2 і 3, то робоча зона електродвигуна є кільцем, обмеженим колами радіусами R CЗ і RPB . При цьому проекції всіх сил на координатні осі дорівнюють нулю, і на ротор 1 діятиме тільки обертаючий момент. Оскільки ротор 1 вільний, то під дією моменту він здійснюватиме обертання навколо головної центральної осі інерції, і розгониться до такої швидкості, при якій обертаючий момент урівноважиться сумою моментів сил опорів і технологічних навантажень. Проте, в загальному випадку, цей рух є нестійким. 5 При зсуві осі ротора 1 відносно осі статорів 2 і 3 (див. фіг. 4) сили в симетричній області не впливають на стабілізацію положення ротора 1, то в її межах паз 5 виконаний в радіальному напрямі, забезпечує збільшення обертаючого моменту і ККД електричної машини. Зовнішня серповидна область примикає до зовнішнього контуру робочої зони. її ширина дорівнює зсуву є ротора 1. Ця область лежить в межах зони, обмеженої радіусами RCЗ і R C , отже, в ній виникають сили F З і FrЗ . Внутрішня - примикає до внутрішнього контуру статорів 2 і 3 радіусом R CB . Тут діє сила F B , яка створює обертаючий момент щодо центру ротора. Серповидні області є джерелами виникнення стабілізуючої сили Fr = FrЗ - протидіючою зсуву ротора 1, і дестабілізуючої сили F = F B - F З , яка завжди направлена перпендикулярно до зсуву. Основною умовою стабілізації ротора 1 є рівність нулю дестабілізуючої сили. Якщо через малість переміщень ротора 1 відносно статорів 2 і 3 вважати кут З постійним по всій похилій частині паза 5, а кут нахилу паза до радіусу на внутрішньому контурі статорів 2 і 3 прийняти рівним 90°, то згідно [3] ця умова виконується при дотриманні рівності (2). Кут нахилу паза 5 і розміри ротора 1 і статорів 2 і З можна підбирати, виходячи з технологічних умов. 50376 6 Так, наприклад, при шення RPB R CЗ З =30°, З RPB R CЗ З рівному 15° відно повинно складати ти 0,69, а при прийме значення 0,66. При зміні від 15° до 30° згідно роботі [3] радіальна сила Fr збільшиться у два рази, а обертаючий момент в наслідок збільшення площі робочої зони зросте на п'ять відсотків. Джерело інформації: 1. Патент на корисну модель №34551 МПК (2006) Н02К 17/02 Н02К 41/025 Опубл. 11. 08. 2008, Бюл.№15.-4с. 2. Ерошин С.С., Невзлин Б.И., Брешев В.Е. Исследование условий устойчивого равновесия кольцевого ротора во вращающемся силовом поле //Праці Луганського відділення Міжнародної Академії інформатизації.- Луганськ: Вид-во СНУ ім. В.Даля, 2004. - №2(9). - С. 81-87. 3. Ерошин С.С. Определение сил, действующих на кольцевую пластинку, находящуюся во вращающемся магнитном поле // Збірник наукових праць Східноукраїнського державного університету. - Луганск: Вид-во СУДУ-1998.-№2.-С 13-21. 7 Комп’ютерна верстка І.Скворцова 50376 8 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