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 центру статора, визначають коло, зване ділильним, радіус якого R0 знаходять із співвідношення: а при 3 60456 4 RPB - радіус ротора внутрішній; RCB - радіус RPB - радіус ротора внутрішній; RCB - радіус статора внутрішній; RCH - радіус статора зовнішній. Внутрішній радіус ротора більший за внутрішній радіус статора, причому відношення внутрішнього радіуса ротора до зовнішнього радіуса 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. Статори у радіальному напрямі однаково поділено 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. Недоліком відомого електродвигуна є відсутність регулювання його параметрів (крутного моменту, частоти та стійкості обертання) шляхом легкої зміни вільного ротора одного типу на інший - з радіальними або окружними вирізами, відповідно до потреб застосування торцевого асинхронного електродвигуна. В основу корисної моделі поставлена задача удосконалення торцевого асинхронного електродвигуна з вільним ротором шляхом використання на одному електродвигуні декількох типів роторів - з радіальними або окружними внутрішніми вирізами. Використання вільного ротора з окружними вирізами вздовж кола середнього радіусу приведе до збільшення стійкості обертання, а використання ротора з радіальними вирізами - до збільшення крутного моменту на роторі та частоти його обертання. Поставлена задача досягається тим, що у торцевому асинхронному електродвигуні 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 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 R 0 знаходять із співвідношення: 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 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, статори у радіальному напрямі однаково поділено 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, згідно корисної моделі, у роторі симетрично виконано від 4 до 8 внутрішніх вирізів у радіальному напрямі для підвищення частоти обертання, або окружних, вздовж кола середнього радіусу, для підвищення стійкості обертання ротора. Технічним результатом є можливість змінювати крутний момент, частоту та стійкість обертання ротора асинхронного електродвигуна завдяки встановленню ротора з радіальними або окружними вирізами. Заміна вільного ротора є технологічно простою операцією. 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; на фіг.3 показаний ротор з чотирма окружними вирізами; на фіг.4 - ротор з вісьмома радіальними вирізами. 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 електричні обмотки 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 R2) та зовнішню ділянку 8 (обмежену колами з радіусами R2 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 R0. 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 RO  RCH де при RPB  RCB   4 4  1 42  1 RPB  RCB   R CB R CH RPB , R CH а при 5 третій, зовнішній ділянці, пази 5 нахилено у бік обертання ротора 2, а осі пазів 5 визначають ділильне коло з радіусом R0. 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). Ротор 2 з зовнішнім радіусом RPH та внутрішнім радіусом RPB , в залежності від технологічних потреб застосування електродвигуна може мати від чотирьох до восьми окружних вирізів 9 (фіг.3), або радіальних вирізів 10 (фіг.4). Торцевий асинхронний електродвигун з вільним ротором працює наступним чином. В електродвигун встановлюється ротор 2 кільцевої форми з окружними 9, або радіальними 10 вирізами. Електричні обмотки 4 статорів 1 та 3 вмикають у мережу трифазного 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 Fв , 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 Fс , 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 Fн , 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 вихі 60456 6 дного - центрального положення, показаного на фіг. 1. Стійкість положення при обертальному русі ротора 2 полягає у 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. У ротора 2, який має окружні вирізи 9 вздовж середньої окружності з радіусом R c (фіг.3), головний вектор матиме більшу величину, що надає більшу стійкість, а у ротора з радіальними вирізами 10 (фіг.4) збільшується головний момент і частота обертання приблизно на 8-10 %. Товщина вирізів S, їх довжина, що визначається радіусами Rн , R d (фіг.4) та кутом  (фіг.3) визначаються в залежності від навантаження. Конструктивно 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 дозволить: - змінювати типи роторів і, тим самим, регулювати частоту та стійкість обертання ротора електродвигуна; - створювати динамічні насоси с 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. 7 60456 8 9 Комп’ютерна верстка В. Мацело 60456 Підписне 10 Тираж 24 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