Торцевий електричний двигун постійного струму індукторного типу

Винахід відноситься до області електромашинобудування і може бути використаним в електроприводах загальнопромислових механізмів для стійкої регульованої частоти обертання в широкому діапазоні. Відома торцева синхронна машина з осьовим збудженням, в якій нерухомий торцевий якір з обмоткою закріплений на статорі за допомогою немагнітних скоб. З двох сторін до якоря через робочі зазори примикає ротор у виді двох немагнітних дисків з феромагнітними полюсами. Диски укріплені на порожньому валові, усередині якого знаходиться нерухомий струмопровід збудження, що представляє собою одну зі сторін багатовиткової котушки, закріпленої на статорі за допомогою відповідних скоб, при цьому вал з'єднаний з навантаженням через редукторну передачу або за допомогою шківа. (Д.А. Бут, Бесконтактные электрические машины. - М.: Высшая школа. 1990, стр.153). Недоліки відомої конструкції пов'язані з підвищеними втратами в обмотці збудження й ускладненим способом її намотування. Крім того, необхідність бічної передачі механічного моменту обмежує можливість її використання. Найбільш близьким до винаходу, що заявляється, є торцева двопакетна безконтактна синхронна машина, в якій феромагнітні кігтьоподібні полюсні виступи ротора орієнтовані по радіусі і відділені аксіальними зазорами від двох зовнішніх статорів, обмотка яких укладена в радіальні пази на торцевих поверхнях сталевих осердів кільцевої форми. Кільцева обмотка збудження розташована в загальному корпусі з магнітом'якої сталі, а кігтьоподібні полюсні виступи, закріплені на сталевій втулці ротора і відділені від нерухомого корпусу додатковими повітряними зазорами. (Д.А. Бут, Бесконтактные электрические машины. - М.: Высшая школа. 1990, стр. 153). Дана електрична машина обрана прототипом. Прототип має наступні спільні ознаки з винаходом, що заявляється: - два нерухомих статори з радіальними пазами на торцевих поверхнях сталеви х осердів кільцевої форми; - ротор з полюсами. Недоліками прототипу варто вважати; - наявність додаткових технологічних повітряних зазорів, що призводить до збільшення обмотки збудження і, відповідно, до збільшенню електричних втрат і габаритів машини в цілому; - ускладнена технологія виготовлення ротора з кігтьоподібними полюсними виступами, орієнтованими по радіусі. В основу винаходу поставлена задача створити торцевий електричний двигун постійного струму індукторного типу (ТЕДПСІТ), в якому за рахунок додаткової установки комутатора-колектора і додаткових полюсів спеціальної конструкції, а також особливості виготовлення і зв'язків деталей і вузлів, забезпечити спрощення виготовлення двигуна і підвищення питомих значень його потужності і моменту і, як наслідок, зменшити собівартість двигуна. Поставлена задача вирішується в конструкції торцевого електричного двигуна постійного струму індукторного типу, що містить ротор з полюсами і два нерухомих статори з обмотками якоря і збудження тим, що кожний зі статорів має два осердя якоря, у радіальних пазах торцевих поверхонь яких розміщена обмотка якоря, а обмотка збудження розташована в проміжку між осердями якоря, при цьому активні провідники кожної секції укладені в пази одного осердя зі зсувом у полюсну поділку відносно пазів іншого осердя, а комутація секцій обмотки якоря здійснюється комутатором-колектором, установленим нерухомо, відносно якого обертається щітковий вузол жорстко з'єднаний з валом ротора, що забезпечений двома комплектами додаткових полюсів, кожний з яких містить обмотку, включену послідовно з обмоткою якоря за допомогою двох обертових контактних кілець і нерухомих щіток. Новим у винаході, що заявляється є наявність таких ознак: - додатковий комутатор-колектор; - розміщення обмотки збудження, що забезпечує мінімальну довжину ділянок магнітного ланцюга двигуна при відсутності сталевого кільцевого корпуса; - ротор забезпечений двома комплектами додаткових полюсів спеціальної конструкції. В заявленому ТЕДПСІТ, на відміну від прототипу немає загального сталевого корпусу, що спрощує виготовлення двигуна, поліпшує умови тепловідводу. У пропонованому двигуні відсутня і масивна сталева втулка ротора прототипу, призначена як для кріплення полюсних виступів, так і для проведення основного магнітного потоку, що сприяє зменшенню маси його обертової частини і, відповідно, зменшення його динамічного моменту: dw Мдин = І dt 2 де I = mp - момент інерції двигуна, (кг.м 2), w - частота обертання (с-1), r - радіус інерції (м). Дана обставина, а також наявність нерухомого комутатора-колектора дозволяє збільшити швидкодію двигуна ( Aмме= w2 0 ) 2 . постійного струму, а також зменшити втрати електроенергії в перехідних режимах Використання додаткових полюсів спеціальної конструкції дозволяє збільшити значення лінійного струмонавантаження, а конструкція ротора з полюсною системою у виді феромагнітних полюсів секторного виду, установлених у визначеній послідовності щодо торцевого статора дозволяє збільшити (порівняно з класичною a машиною постійного струму) як величину коефіцієнта полюсного перекриття d , так і величину магнітної індукції B в робочому повітряному зазорі d , що дозволяє підвищити питомі значення потужності і моменту двигуна, при значному зменшенні трудомісткості виготовлення його ротора, зменшити собівартість двигуна в цілому. Торцевий електричний двигун постійного струму індукторного типу представлений на кресленнях, де: фіг.1 - конструктивна схема двигуна; фіг.2 - двигун, переріз А-А; фіг.3 - вид дви гуна по перерізу А-А, аксонометрія; фіг.4 - схема обмотки якоря двигуна. Торцевий електричний двигун постійного струму індукторного типу ТЕДПСІТ містить два нерухомих статори 1, 2, ротор 3, що обертається і комутатор-колектор 4. Кожний зі статорів 1, 2 містить два осердя якоря 5, 6 і 7, 8 кільцевої форми, у радіальних пазах торцевої поверхні яких розміщені секції загальної обмотки якоря 9. У проміжках між осердями 5, 6 і 7, 8 розташовані обмотки збудження 10, 11. Феромагнітні основи 12, 13 кільцевої форми статорів 1, 2 установлені нерухомо щодо вала ротора 14 за допомогою підшипників 15, 16. З валом 14 жорстко з'єднані феромагнітні полюси 17, 18 секторного виду. Ширина a t a кожного з феромагнітних полюсів 17, 18 дорівнює d уздовж утворюючих осередів якоря 5, 7, де d t - величина полюсного розподілу (фі г. 2). Феромагнітні полюси 17, 18 відділені коефіцієнт полюсного перекриття від осередів якоря 5, 6 і 7, 8 робочим повітряним зазором d . Магнітний потік Ф0 створений обмотками збудження 10, 11 замикається симетрично для кожного зі статорів 1, 2 по шляху (для статора 1): основа 12, осердя якоря 6, феромагнітний полюс 17, осердя якоря 5, проходячи при цьому два робочих повітряних зазорів d . Число феромагнітних полюсів 17, 18 визначається обраним значенням числа полюсних розподілів кожного із осередів якоря 5, 7: N Np = t 2 Nt де - число полюсних розподілів статора; Np - число феромагнітних полюсів 17, 18 кожного зі статорів 1, 2. У пропонованому ТЕДПСІТ конструктивна схема полюсів ротора 3 передбачає спеціальний спосіб укладання секцій обмотки якоря 9 загальних для осердів якоря 5, 6 статора 1 і осердів якоря 7, 8 статора 2, що обумовлено необхідністю створення односпрямованого електромагнітного моменту, створюваного взаємодією магнітного потоку Ф0 і струмами відповідних провідників обмотки якоря 9. У зв'язку з цим провідники кожної із секцій обмотки якоря 9 укладаються в пази осердів якоря, наприклад 6, 8 зі зрушенням на величину полюсного розподілу t у пази осердів якоря 5, 7 (фіг. 4), використовуючи при цьому відомі схеми обмоток класичних машин постійного струму. Живлення обмотки якоря 9 забезпечується комутатором-колектором 4, що за допомогою конструкції, що кріпить, 19 і підшипників 20, 21 установлений нерухомо і уявляє звичайний колектор машини постійного струму по обох кінцях якого через ізоляційні прокладки 22 додатково установлені струмопровідні кільця 23, 24. До колекторних пластин 25, у відповідності зі схемою обмотки, підключені виводи секцій обмотки якоря 9, об'єднані джгутом 26. Щіткотримачі 27 із щітками 28 (щітковий вузол) конструктивно об'єднані з траверсою 29, жорстко з'єднаної з валом 14. Щітки 28 комутатора-колектора 4, одночасно контактуючи зі струмопровідними кільцями 23, 24 і відповідними колекторними пластинами 25, виконують функції як струмопідведення, так і струморозподілу секцій обмотки якоря 9. У пропонованому ТЕДПСТГ установлені два аналогічних комплекти додаткових полюсів (фіг . 1 ¸ фіг . 4 ) . Кожний з комплектів додаткових полюсів складається з попарно орієнтованих назустріч один одному кігтьоподібиих полюсних виступів 30, 31 і 32, 33 розташованих на лінії геометричної нейтралі осердів якоря 6, 8, примикаючи з обох сторін до кожного з феромагнітних полюсів 17, 18. Кігтьоподібні полюсні виступи 30, 31 і 32, 33 закріплені на порожніх феромагнітних циліндрах 34, 35, об'єднаних немагнітною втулкою 36, з'єднаної з феромагнітними полюсами 17, 18, забезпечуючи їм додаткову твердість. У проміжках між кігтьоподібними полюсними виступами 30, 31 і 32, 33 на порожніх феромагнітних циліндрах 34, 35 розташовані обмотки додаткових полюсів 37, 38. Магнітний потікФдп, створений МРС обмоток додаткових полюсів 37, 38 замикається по шляху (фіг.3, 4): порожній феромагнітний циліндр 35, кігтьоподібний полюсний виступ 32, осердя якоря 8, кігтьоподібний полюсний виступ 33, проходячи при цьому два повітряних зазори d . При цьому магнітний потік Фдп спрямований назустріч потокові реакції якоря Фа (фіг.4). Число згідно орієнтованих пар кігтьоподібних полюсних виступів 30, 31 і 32, 33 дорівнює числу феромагнітних полюсів 17, 18 ротора 3. При цьому, збільшення числа феромагнітних полюсів 17, 18 не призводить до збільшення числа обмоток 37, 38 додаткових полюсів. Виводи обмоток 37, 38 (фіг.1) з'єднані послідовно з обмоткою якоря 9 шляхом додатково встановлених струмопровідних кілець 39, 40, закріплених на валові 14 через Ізоляційну прокладку 41 і нерухомих щіток 42, 43. У пропонованій конструкції ТЕДПСІТ у перетворенні енергії бере участь половина провідників обмотки якоря S (фіг.4), при цьому, виходячи з умови рівності площі поверхні t полюсних розподілів осердів якоря 5, 6 і 7, 8, довжина активного провідника, наприклад, осердя 8 повинна бути більше довжини активного провідника осердя 7. Виходячи з цього, у пропонованому двигуні установлений комплект додаткових полюсів тільки для одного із осердів статорів 1, 2, тобто для осердів якоря 6 і 8. Попередні розрахунки підтверджують забезпечення компенсації впливу потоку реакції якоря Фа в осердях якоря 5, 6 і 7, 8 наявністю додаткових полюсів тільки на одному осерді кожного зі статорів 1,2. Пропонований ТЕДПСІТ працює таким чином. При подачі напруги на обмотки збудження 10, 11 (фіг. 1, 4) взаємодією основного магнітного потоку Ф0 і струмів провідників обмотки якоря 9, що знаходяться в даний момент у зоні феромагнітних полюсів 17, 18, створюється електромагнітний момент Мем , під дією якого ротор 3 починає обертання. Комутатор-колектор 4 комутує стр уми в секціях обмотки якоря 9 таким чином, щоб при обертанні в одну сторону струми провідників, що знаходяться в цей час проти феромагнітних полюсів 17, 18 зберігали незмінний напрямок. Регулювання частоти обертання і реверс двигуна здійснюється відомими для класичних машин способами.