Асинхронний багатофазний двигун із ротором з рідкого або газоподібного матеріалу із скошеними активними сторонами секцій обмотки статора

Реферат: Для відомих асинхронних двигунів циліндричного і конусного виконань зі скошенням активних сторін обмотки статора пропонується замість короткозамкнених роторів зі скошеними стрижнями їх білячих кліток або замість зубчатих масивних феромагнітних роторів зі скошеними зубцями, у разі транспортування через двигун робочого тіла (влаштований двигун-помпа), використати це робоче тіло замість ротора. У двигунах запропонованої конструкції в масивах суцільних роторів провідникового немагнітного або магнітного матеріалу, що можуть бути у рідкому або газоподібному станах, під дією магнітного поля обмотки статора зі скошеними сторонами котушок наводяться вихрові струми у вигляді контурів, "активні сторони" яких є так само скошені, як і активні сторони обмотки статора. В результаті запропонованих простих конструкційних заходів під час роботи двигуна утворюється у випадку циліндричного чи конусного виконання складнообертове (гвинтоспіралеобертове) магнітне поле, яке по цій траєкторії поведе за собою рідке чи газоподібне робоче тіло. Запропоновані конструкційні виконання двигунів можна укладати в потрібній просторовій послідовності в каскад двигунів з метою отримання в ньому неперервної чи переривної електромагнітної складнообертової або UA 99595 C2 (12) UA 99595 C2 складнобіжної хвилі поля статора, яка рухається згідно із заданою складною траєкторією і веде за собою ротор або робочий струмінь всього каскаду. UA 99595 C2 5 10 15 20 25 30 35 Асинхронний багатофазний двигун з гладким ротором і скошеними активними сторонами секцій обмотки статора належить до галузі електромашинобудування. Його ротор виконує: для циліндричного виконання гвинтоподібний рух; для конусного виконання спіралегвинтоподібний рух. Ці двигуни можуть використовуватися як магнітогідро- чи магнітогазодинамічні машини для транспортування або змішування рідин та газів, або як помпи з гвинтобіжним рухом ротора-струменя, істотно зменшує аеродинамічний опір. Двигун конусного виконання поряд з використанням його як помпи може служити ще й як інжектор. Відомий асинхронний короткозамкнений двигун, що складається із статора, в пазах якого розташована багатофазна розподілена обмотка, і ротора феромагнітного зубчатого або з білячою 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 і статор має відносно складну конструкцію, в ньому використовується тільки твердотільна конструкція ротора, двигун не може забезпечити додаткової маневреності рухомих частин складних механізмів без складних механічних переміщень. Усунення цих недоліків позволяє створити двигун циліндричного чи конусного виконання з простою конструкцією ротора, матеріал якого може бути в рідкому та газоподібному агрегатному стані, що дозволяє просто влаштовуватися в приводний механізм, а його роторструмінь може забезпечити складні рухи приводного механізму без застосування громіздких механічних передач. В основу даного винаходу ставиться задача створити асинхронний багатофазний двигун зі статором і його обмоткою простої конструкції з найпростішим короткозамкненим ротором, який для цих виконань двигуна забезпечуватиме складний, в загальному випадку, спіралеподібний рух приводного механізму. Поставлена задача вирішується тим, що у відомому асинхронному двигуні зі скошеними активними сторонами секцій обмотки статора замість ротора з короткозамкненою білячою кліткою або зубчастого феромагнітного ротора циліндричного або конусного його виконань використовується ротор найпростішої конструкції - ротор з провідникового немагнітного або магнітного матеріалу в рідкому або газоподібному агрегатному стані, роль якого часто можуть виконувати елементи приводного механізму (наприклад транспортований матеріал в помпах). У всіх цих виконаннях двигуна за рахунок електромагнітного поля обмотки статора зі скошеними активними провідниками в масиві суцільного, рідинного чи газоподібного ротора завжди утворюються вихрові струми у вигляді контурів, "активні сторони" яких так само скошені, як і активні сторони обмотки статора. Якби в двигуні провідники обмотки статора були б нескошеними, то нескошеними були б і контури вихрових струмів суцільного ротора та сила взаємодії між цими струмами Te була б направлена перпендикулярно до напрямку нескошених струмів. У цьому випадку під дією сили Te в напрямі  (див. фіг. 1) переміщався би ротор. Цей 40 напрям сили Te і переміщення  назвемо тангенціальним, а силу Te - тангенціальною. Але за рахунок скошення напрямів струмів статора і ротора скошується і сила взаємодії цих струмів Te , яка є перпендикулярна до цих струмів. Цю силу Te можна тепер розкласти на складові - за напрямом  - тангенціальна складова Te та за перпендикулярним до напряму  аксіальним напрямом - Tea . На фіг. 1 показано утворення цих сил для двигунів циліндричного виконання. Зазначимо, що конструкційну схему двигуна з фіг. 1, уявляємо як розгортку циліндричної 45 Tea машини. В циліндричному виконанні сила діє в аксіальному напрямі. Аналогічно розкладаємо електромагнітну силу взаємодії струмів статора і ротора Te і для конусного виконання (див. фіг. 5б). Тільки тут сила Te має складові Te та Tea , як і у попередніх 50 55 виконаннях, і крім цього ще додаткову складову Te в радіальному напрямі  . Остання появляється за рахунок конусності ротора і в залежності від похилення конуса вона може розривати або стискати ротор. Із викладеного випливає, що у асинхронного двигуна з суцільним ротором у разі скошення активних провідників обмотки статора у всіх перелічених його конструкційних виконаннях, крім сили Te утворюється і аксіальна сила Tea , під дією яких ротор в загальному випадку виконуватиме спіралегвинтоподібний рух, що забезпечить високу маневреність рухомих частин приводного механізму. 1 UA 99595 C2 Конструкційні схеми окремих виконань запропонованих асинхронних двигунів показані відповідно: циліндричного - на фіг. 2, 3, 4; конусного - на фіг. 5. На конкретних конструктивних 5 10 15 20 схемах цих виконань показано утворення електромагнітних сил Те та їх складових Te та Tea . На фіг. 2 показана будова асинхронного багатофазного двигуна циліндричного виконання, який складається з циліндричного зовнішнього магнітопроводу статора 1 та з суцільного ротораструменя кільцеподібної форми з рідкого або газоподібного електропровідного матеріалу 2, який є частиною робочого механізму і герметизується нерухомим немагнітним корпусомвтулкою 4, який коаксіально розташований всередині магнітопроводу статора 1 і становить з ним одне ціле. Оскільки, струмінь ротора є тільки електропровідним, але немагнітним, то посередині його кільцеподібного перерізу коаксіально влаштовано нерухоме шихтоване ярмо магнітопроводу статора 5 у вигляді порожнистого циліндра - "внутрішнього статора", яке заодно і обмежує струмінь ротора зсередини. В пази магнітопроводу статора 1 укладаються активні сторони котушок 3 обмотки, скошені відносно твірної 8 циліндричної поверхні магнітопроводу на постійний або змінний по довжині машини кут. Якщо ротор двигуна 2 виконаний з електромагнітного провідного матеріалу, то його масив одночасно виконує і роль обмотки ротора і функції його магнітопроводу і тоді внутрішнє ярмо статора 5 є зайве. На фіг. 3 наведений фрагмент розгорненої схеми з'єднань котушок полюсної групи фази трифазної обмотки статора такого двигуна з постійним по довжині машини кутом скошення  ск . На фіг. 4 зображена розгортка масивного 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 однакового скошення активних сторін котушок обмотки статора і контурів вихрових струмів ротора утворюються електромагнітні сили взаємодії Te , Te , 25 30 35 40 Tea (див. фіг. 1), які викликають гвинтоподібний рух струменя ротора, що істотно зменшує аеродинамічний чи гідродинамічний його опір. На фіг. 5а наведений аксіальний переріз конструкційної схеми асинхронного багатофазного двигуна конусного виконання з рідким або газоподібним 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 відносно твірної конусної поверхні 8 порожнистого немагнітного рідкого (газоподібного) конусного ротора 2; внутрішнього, конусного із зовнішньої сторони, ненавитого статора 5, який служить нерухомим ярмом магнітного потоку статора 1, герметизується від потоку немагнітним корпусом-втулкою 6 і нерухомо закріплений відносно статора за допомогою ребер 7. В процесі роботи асинхронного двигуна конусного виконання силові лінії електромагнітного поля обмотки статора обертаються по конусній спіралі Архімеда 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 і їх активні сторони, скошені за спіралями, які є еквідистантними спіралям активних сторін обмотки статора. В таких двигунах електромагнітна сила Te , крім 45 50 тангенціальної Te і аксіальної Tea складових має ще додаткову радіальну складову Te (див. фіг. 5б). Якщо в асинхронному двигуні такого виконання масивний ротор або робоче тіло, яке його заміщає, є магнітопровідним, то в цьому випадку внутрішній статор є зайвим, бо масив ротора служить тоді і провідниками для обмотки ротора і його магнітопроводом. Сукупність ознак винаходу - застосування у асинхронних двигунів циліндричного та конусного виконання простих суцільних роторів з провідникового магнітного або немагнітного матеріалу у рідкому або газоподібному станах разом з використанням скошення активних сторін секцій обмотки статора для всіх цих конструктивних виконань забезпечує в двигуні утворення крім тангенціальної електромагнітної сили взаємодії між нескошеними струмами статора і ротора Te ще виникнення аксіальної складової електромагнітної сили двигуна за рахунок 55 скошення напрямів цих струмів - Tea , яка разом з тангенціальною складовою забезпечує у всіх варіантах виконання двигуна основний технічний результат винаходу - складне переміщення (рух) ротора-струменя, а саме: для циліндричного виконання - гвинтоподібний рух; для конусного виконання - спіралегвинтоподібний рух. 2 UA 99595 C2 Перелік фігур 5 10 Фіг. 1. Утворення електромагнітної сили Te та її складових Te , Tea в асинхронному багатофазному двигуні з гладким ротором і скошеними активними сторонами секцій розподіленої обмотки статора циліндричного виконання. Фіг. 2. Будова асинхронного багатофазного двигуна циліндричного виконання із скошеними активними сторонами котушок обмотки статора та з рідким або газоподібним ротором. Фіг. 3. Фрагмент розгорненої схеми з'єднань котушок полюсної групи трифазної обмотки статора та з постійним по довжині машини кутом скошення  ск асинхронного багатофазного двигуна циліндричного виконання. Фіг. 4. Розгортка масивного ротора асинхронного багатофазного двигуна циліндричного виконання фіг. 2, 3 з контурами вихрових струмів, активні сторони яких скошені на такий же кут  ск , як і у активних сторін котушок його обмотки статора. Фіг. 5. Конструкційна схема асинхронного багатофазного двигуна конусного виконання з рідким або газоподібним порожнистим немагнітним ротором і скошеними секціями обмотки 15 20 статора (а) та утворення в ньому електромагнітних сил Te , Te , Tea , Te (б). Джерела інформації: 1. Патент на корисну модель № 53295 Асинхронний двигун циліндричного, конусного або торцевого виконання. 11.10.2010 p., автори Андрейко І.І., Войтович В.К. 2. Постников И.М. Проектирование электрических машин. - К., 1960.-980 с., с. 580. 3. Вольдек А.И. Электрические машины / Уч. Для втузов. - Л., 1974.-840 с., с. 592-595. 4. Хрущев В.В. Электрические машины систем автоматики. - Л.: Энергоатомиздат. Ленингр. отд-ние, 1985-368 с., ил., с. 77-80. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 25 30 35 40 1. Асинхронний багатофазний двигун циліндричного або конусного виконання, що містить статор з багатофазною обмоткою та коаксіально розташований ротор, який відрізняється тим, що активні сторони секцій обмотки його статора скошені відносно твірної циліндричної чи конусної його бічної поверхні на постійний або змінний по довжині машини кут скошення, а ротор становить частину робочого механізму та від статора відділений захисним немагнітним нерухомим корпусом-втулкою і виконаний у вигляді рухомого струменя з рідкого або газоподібного електропровідного матеріалу, що проходить циліндричним чи конусним каналом, утвореним нерухомим корпусом-втулкою вздовж статора, і виконує відповідно при циліндричному виконанні - гвинтоподібний рух, а при конусному - спіралегвинтоподібний рух. 2. Асинхронний багатофазний двигун за п. 1, який відрізняється тим, що ротор є струменем із магнітного матеріалу. 3. Асинхронний багатофазний двигун за п. 1, який відрізняється тим, що ротор є струменем із немагнітного матеріалу, при цьому додатково коаксіально статору всередині ротора розміщений внутрішній нерухомий шихтований магнітопровід, який жорстко прикріплений до статора і утворює з ним спільне ярмо. 3 UA 99595 C2 4 UA 99595 C2 Комп’ютерна верстка Л. Купенко 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