Асинхронний багатофазний двигун циліндричного або конусного виконання зі скошеними активними сторонами секцій обмотки статора та порожнистим ротором-бігуном

Реферат: Асинхронний багатофазний короткозамкнений двигун циліндричного або конусного виконання, активні сторони секцій обмотки статора якого однаково скошені із стрижнями короткозамкненої клітки або із зубцями зубчатого феромагнітного ротора-бігуна. Він містить статор, активні сторони секцій обмотки якого скошені відносно твірних його бокової поверхні на постійний або змінний по довжині машини кут скошення, та гладкий суцільний ротор-бігун із твердого електромагнітопровідного матеріалу, який через підшипникові щити з радіально-аксіальними підшипниками кріпиться до статора і виконує гвинтоподібне обертання (переміщення). UA 72936 U (12) UA 72936 U UA 72936 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Асинхронний багатофазний двигун із гладким порожнистим ротором-бігуном і скошеними активними сторонами секцій обмотки статора циліндричного та конусного виконання належить до галузі електромашинобудування. Його ротор-бігун виконує гвинтоподібний поступальний або зворотно-поступальний рух і може використовуватися для розмішування рідких, газоподібних чи сипучих матеріалів, під час механічної обробки матеріалів, в робототехніці для виконання складних рухів і т.і. Відомий асинхронний короткозамкнений двигун, що складається із статора, в пазах якого розташована багатофазна розподілена обмотка, і ротора феромагнітного зубчатого або з білчиною кліткою, який через підшипникові щити кріпиться до статора, а активні сторони секцій обмотки статора і стрижні короткозамкненої клітки або зубці феромагнітного ротора скошені на однаковий сталий або змінний по довжині машини кут скошення [1]. Недоліки такого двигуна полягають в тому, що його ротор має відносно складну конструкцію і не може забезпечити разом з обертанням ротора і його аксіальне переміщення. Усунення цих недоліків дозволяє створити двигун циліндричного і конусного виконання з простою конструкцією ротора, який просто з'єднується з приводним механізмом, а його роторбігун може забезпечити складні рухи приводного механізму без застосування громіздких механічних передач. В основу даної корисної моделі ставиться задача створити асинхронний багатофазний двигун зі статором і його обмоткою простої конструкції з найпростішим короткозамкненим ротором, який для цих виконань двигуна забезпечуватиме гвинтообертовий рух приводного механізму. Поставлена задача вирішується тим, що у відомого асинхронного двигуна зі скошеними активними сторонами секцій обмотки статора замість ротора з короткозамкненою білчиною кліткою або зубчастого феромагнітного ротора двигуна циліндричного і конусного виконання використовується ротор найпростішої конструкції - гладкий порожнистий ротор з твердого провідникового немагнітного або магнітного матеріалу. Така конструкція двигуна забезпечує створення в машині електромагнітних сил взаємодії між струмами провідників обмотки статора і вихровими струмами ротора-бігуна, які від тангенціального напряму відхиляються на кут скошення активних сторін секцій обмотки статора і тому в двигуні крім тангенціальної складової сили, яка утворює обертовий електромагнітний момент, появляється ще аксіальна складова цієї сили. В результаті дії цих двох складових ротор-бігун виконує гвинтобіжний рух, який завдяки періодичній зміні чергування фаз обмотки статора може бути зворотно-поступальним. У запропонованих виконаннях двигуна за рахунок електромагнітного поля обмотки статора зі скошеними активними провідниками в масиві гладкого суцільного ротора завжди утворюються вихрові струми у вигляді контурів, "активні сторони" яких так само скошені, як і активні сторони обмотки статора (див. фіг. 1). Якби в двигуні провідники обмотки статора були б нескошеними, то нескошеними були б і контури вихрових струмів суцільного ротора і тоді сила взаємодії між цими струмами Теτ була б направлена перпендикулярно до напрямку нескошених струмів, тобто в тангенціальному напрямку, і утворювала би тільки крутний момент. Цей напрям сили Теτ і переміщення τ назвемо тангенціальним, а силу Теτ - тангенціальною. Але за рахунок скошення напрямів струмів статора і ротора скошується і напрям сили взаємодії цих струмів Те, яка є перпендикулярна до напряму цих струмів. Цю силу Те можна розкласти на складові - за напрямом τ - тангенціальна складова Теτ та за перпендикулярним до напряму τ аксіальним напрямом - Теа. На фіг. 1 показано трикутник сил Те, Теτ і Теа для таких двигунів циліндричного виконання. Подібно буде і у випадку двигуна конусного виконання (фіг. 4). Тільки тут сила взаємодії Те розкладається на складову Теτ, Теа і додатково появляється доцентрова (відцентрова) сила Теρ в радіальному напрямі, яка стискає (розтискає) ротор. Із викладеного випливає, що у асинхронного двигуна з порожнистим ротором циліндричного і конусного виконання у разі скошення активних провідників обмотки статора крім сили Теτ утворюється і аксіальна сила Теа, під дією яких ротор-бігун виконуватиме гвинтообертовий або спіралегвинтообертовий рух, що забезпечить високу маневреність рухомих частин приводного механізму. Конструкційні схеми окремих виконань запропонованих асинхронних двигунів показані відповідно: циліндричного - на фіг. 1, 2, 3 і конусного - на фіг. 4. На конкретних конструктивних схемах цих виконань показано утворення електромагнітних сил Те та їх складових Теτ та Теа. На фіг. 1 показана будова асинхронного багатофазного двигуна циліндричного виконання, який складається з циліндричного магнітопроводу статора 1 та з гладкого суцільного порожнистого електропровідного ротора 2, коаксіально розташованого відносно магнітопроводу статора. Масив ротора відіграє роль обмотки ротора, а роль магнітопроводу виконує внутрішній статор 5. В пази магнітопроводу статора 1 укладаються активні сторони котушок 3 обмотки, 1 UA 72936 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 скошені відносно твірної 4 циліндричної поверхні магнітопроводу на постійний або змінний по довжині машини кут. Якщо ротор двигуна 2 виконаний з провідникового магнітного матеріалу і його тіло проводить струми ротора і магнітний потік, то всередині такого порожнистого ротора нерухомий феромагнітний шихтований циліндричний магнітопровід 5 - "внутрішній статор" не передбачають. На фіг. 2 наведений фрагмент розгорненої схеми з'єднань котушок полюсної групи фази трифазної обмотки статора такого двигуна з кроком у=6 та з постійним по довжині машини кутом скошення ск. На фіг. 3 зображена розгортка порожнистого ротора, де показані контури вихрових струмів, "активні сторони" яких теж скошені по довжині машини на такий же кут скошення ск, як активні сторони котушок обмотки статора. В процесі роботи двигуна за рахунок цього однакового скошення активних сторін котушок обмотки статора і контурів вихрових струмів ротора утворюються електромагнітні сили взаємодії Те, Теτ, Теа, які викликають гвинтоподібний рух ротора. На фіг. 4 наведений аксіальний перетин конструкційної схеми асинхронного багатофазного двигуна конусного виконання з гладким порожнистим ротором 2. Цей двигун складається із зовнішнього магнітопроводу статора 1 конусного із внутрішньої сторони, в пазах якого укладаються котушки обмотки 3 зі скошеними активними сторонами; гладкого порожнистого немагнітного конусного ротора 2; внутрішнього, конусного із зовнішньої сторони, ненавитого статора 6, який служить нерухомим ярмом магнітного потоку немагнітного ротора 2. В процесі роботи асинхронного двигуна конусного виконання силові лінії електромагнітного поля обмотки статора обертаються по конусній спіралі і в залежності від напряму нахилу бокової робочої конічної поверхні машини та скошення активних сторін обмотки статора їх густина по довжині машини або зменшується (конус і віддаль між активними сторонами розширяється), або збільшується (конус і віддаль між активними сторонами звужується). Згідно із законом електромагнітної індукції в масиві ротора індукуються вихрові струми із такими формами їх контурів, що активні сторони їх скошені за спіралями, які є еквідистантними спіралям активних сторін обмотки статора. В таких двигунах електромагнітна сила Те, крім тангенціальної Теτ і аксіальної Теа складових має ще додаткову складову - радіальну Теρ (див. фіг. 4). Якщо в асинхронному двигуні такого виконання масивний ротор є магнітопровідним, то в цьому випадку внутрішній статор є зайвим, бо масив ротора служить тоді і провідниками обмотки ротора і його магнітопроводом. Сукупність ознак корисної моделі - застосування у асинхронних двигунах циліндричного і конусного виконання простих суцільних роторів-бігунів з електромагнітнотопровідного або тільки електропровідного матеріалу для різних конструкційних схем двигуна разом з використанням скошення активних сторін секцій обмотки статора забезпечує в двигуні утворення крім тангенціальної електромагнітної сили Теτ взаємодії між нескошеними струмами статора і ротора, ще виникнення аксіальної складової електромагнітної сили двигуна за рахунок скошення напрямів цих струмів - Теа, яка разом з поздовжньою складовою забезпечує у всіх варіантах виконання двигуна основний технічний результат винаходу - складне переміщення роторабігуна. Перелік фігур: Фіг. 1. Будова асинхронного багатофазного двигуна циліндричного виконання із скошеними активними сторонами котушок обмотки статора та з суцільним ротором і утворення в ньому трикутника електромагнітних сил Те, Теτ і Теа. Фіг. 2. Фрагмент розгорненої схеми з'єднань котушок полюсної групи трифазної обмотки статора з кроком у=6 та з постійним по довжині машини кутом скошення ск асинхронного багатофазного двигуна циліндричного виконання. Фіг. 3. Розгортка масивного ротора асинхронного багатофазного двигуна циліндричного виконання фіг. 1, 2 з контурами вихрових струмів, активні сторони яких скошені на такий же кут ск, як і у активних сторін котушок його обмотки статора. Фіг. 4. Конструкційна схема асинхронного багатофазного двигуна вертикально-конусного виконання з гладким порожнистим немагнітним ротором і утворення в ньому електромагнітних сил Те, Теτ, Теа, Теρ. Джерела інформації: 1. Патент на корисну модель № 52295 Асинхронний двигун циліндричного, конусного або торчакового виконання. 11.10.2010 p., автори Андрейко І. І., Войтович В. К. 2. Постников И. М. Проектирование электрических машин. - Киев, 1960.-980 с, с. 580. 3. Вольдек А. И. Электрические машины / Уч. Для втузов. - Л., 1974.-840 с, с. 592-595. 2 UA 72936 U 4. Хрущев В. В. Электрические машины систем автоматики. - Л.: Энергоатомиздат. Ленингр.отд-ние, 1985-368 с, ил., с. 77-80. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 5 10 15 20 25 1. Асинхронний багатофазний короткозамкнений двигун циліндричного або конусного виконання, активні сторони секцій обмотки статора якого однаково скошені із стрижнями короткозамкненої клітки або із зубцями зубчатого феромагнітного ротора-бігуна, який відрізняється тим, що містить статор, активні сторони секцій обмотки якого скошені відносно твірних його бокової поверхні на постійний або змінний по довжині машини кут скошення, та гладкий суцільний ротор-бігун із твердого електромагнітопровідного матеріалу, який через підшипникові щити з радіально-аксіальними підшипниками кріпиться до статора і виконує гвинтоподібне обертання (переміщення). 2. Асинхронний багатофазний короткозамкнений двигун за п. 1, який відрізняється тим, що матеріал ротора-бігуна є немагнітний і всередині його міститься додатковий шихтований необмотаний нерухомий магнітопровід статора, який відділений від ротора-бігуна повітряним проміжком і кріпиться до статора через підшипниковий щит. 3. Асинхронний багатофазний короткозамкнений двигун за п. 1, який відрізняється тим, що матеріал ротора-бігуна міститься ззовні статора і якщо ротор-бігун виконаний із провідникового немагнітного матеріалу, то ззовні зовнішнього ротора-бігуна міститься додатковий нерухомий магнітопровід статора, який кріпиться до нього через підшипниковий щит. 4. Асинхронний багатофазний короткозамкнений двигун за пп. 1, 2, який відрізняється тим, що його гладкий суцільний феромагнітний масив є нерухомим і відіграє роль внутрішнього статора, до якого через підшипникові щити із аксіально-радіальними підшипниками кріпиться рухома розподілена багатофазна обмотка, укладена в магнітопровід, що відіграє роль ротора-бігуна, і яка живиться від контактної мережі через нерухомі щітки з рухомими контактними кільцями. 3 UA 72936 U 4 UA 72936 U Комп’ютерна верстка А. Крижанівський Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 5