ДВИГАТЕЛЬ С ШАГОВЫМ ВРАЩЕНИЕМ ЯКОРЯ Российский патент 1995 года по МПК H02K37/00 

Изобретение относится к электрическим машинам, а именно к электродвигателям с шаговым вращением якоря преимущественно для транспортирования жидких, газо- и парообразных сред под высоким давлением, особенно для приведения в действие запорно-регулирующих органов трубопроводных арматур.

Известен асинхронный двигатель с вращением якоря, содержащий магнитопровод статора, включающий ярмо с пазами, в которых расположены распределенные обмотки, и якорь.

Якорь такого двигателя не герметизирован, что ограничивает технологические возможности двигателя.

Известен двигатель с шаговым вращением якоря, содержащий магнитопровод статора, включающий ярмо с выступами, на которых расположены сосредоточенные обмотки, и якорь, принятый за прототип.

Недостатком прототипа также является отсутствие герметизации якоря, что ограничивает технологические возможности двигателя, в частности, для приведения в движение органов внутри сосудов или трубопроводов без использования сальникового уплотнения. Последнее усложняет эксплуатацию и снижает надежность оборудования.

Целью изобретения является расширение технологических возможностей за счет герметизации якоря, что позволяет исключить сальниковое уплотнение трубопроводной арматуры при использовании двигателя в качестве привода. Целью является также создание двигателя, который может быть вмонтирован в разъем трубопровода для транспортирования текучей среды с перемешиванием под высоким давлением и др.

Для достижения цели двигатель с шаговым вращением якоря, содержащий магнитопровод статора, включающий ярмо с выступами, на которых расположены сосредоточенные обмотки, и якорь, снабжен цилиндром из немагнитного материала, установленным между статором и якорем, пpичем каждый выступ ярма содержит участок из ферромагнитного материала, герметично установленный не менее чем в одном отверстии стенки цилиндра. Участок выступа ярма может быть выполнен в виде пробки, наружная цилиндрическая поверхность которой установлена на уровне наружной цилиндрической поверхности цилиндра, или может быть выполнен в виде конца выступа ярма, причем выступ выполнен в виде стержня, свободно установленного относительно ярма, или может быть выполнены в виде не менее чем двух стержней. Цилиндр может быть снабжен на обоих концах фланцами, а якорь концентрично установлен на полом сердечнике.

На фиг. 1 показан предлагаемый двигатель, разрез; на фиг.2 показано сечение А-А на фиг.1; на фиг.3 и 4 показаны варианты выполнения двигателя.

Двигатель содержит магнитопровод статора, включающий ярмо с выступами. В одном из вариантов (фиг.1 и 2) ярмо 1 с участком 2 выступа выполнено в виде штампованных пластин. Другой участок выступа выполнен в виде пробки 3 из ферромагнитного материала (железо, сталь), герметично, например, посредством сварки, пайки, герметика и др. установленной в отверстии стенки цилиндра 4 из немагнитного материала, например немагнитной стали, металлокерамического композитного материала и др. Участок 2 выступа ярма 1 охвачен катушкой 5 электрической обмотки статора. Наружная цилиндрическая поверхность 6 пробки 3 установлена на уровне наружной цилиндрической поверхности 7 цилиндра 4, что обеспечивает осевой сдвиг статора (без участков 3) и съем его с цилиндра. В данном варианте относительно мала часть объема магнитопровода из сплошного материала, что снижает вихревые потери.

В варианте согласно фиг.3 ярмо 8 выполнено в виде цельного или набранного из штампованных частей кольца. Выступ ярма как участка магнитопровода выполнен в виде стержня 9, содержащего концевой участок 10, герметично установленный в отверстии цилиндра 4. Стержень 9 может быть выполнен из железа или стали, а участок 10 уплотнен в цилиндре 4, как указано выше для варианта согласно фиг.1 и 2. Стержень 9 охвачен катушкой 5. Данный вариант обеспечивает удобство эксплуатации ввиду того, что для замены катушки достаточно снять только ярмо 8, т.е. произвести минимум разборочно-сборочных операций. Кроме того, обеспечивается повышенная магнитодвижущая сила за счет возможности размещения повышенного количества витков катушек 5.

В варианте согласно фиг.4 ярмо 1 с участком 2 выступа выполнено как в варианте согласно фиг. 1 и 2. Другой участок выступа ярма выполнен в виде множества стержней 11, герметично установленных посредством сварки, пайки или другими способами в стенке цилиндра 4. Данный вариант отличается минимальным объемом сплошного материала магнитопровода и минимальными вихревыми потерями.

Цилиндр 4 на обоих концах может быть снабжен фланцами 12 и 13 с канавками 14 под уплотняющие прокладки. Фланец 13 является накидным и крепится посредством двух полуколец 15, что позволяет снять с цилиндра 4 магнитопровод статора с катушками 5. Посредством фланцев 12 и 13, уплотняющих прокладок и крепежных деталей (не показаны) цилиндр 4 может быть герметично присоединен к трубопроводной арматуре, концам трубопроводов или аппаратов (не показаны).

Якорь 16 из ферромагнитного материала с выступами 17 посредством полого сердечника 18 на подшипниках 19 и 20 установлен в цилиндре 4. Выступы 17 могут быть выполнены в виде полюсов постоянным магнитов. В полости сердечника 18 могут быть установлены шнек или лопатки (не показаны). Возможен вариант, когда фланец 13 отсутствует, цилиндр 4 заглушен с одной стороны и сердечник 18 выполнен сплошным. В варианте согласно фиг.1 и 2 обеспечивается проток среды через полость сердечника 18, а при наличии в полости сердечника, например, шнека или лопаток обеспечивается перемешивание или дозированная подача среды. Концы сердечника 18 могут быть выполнены с возможностью соединения их с вращаемыми частями, находящимися в герметичных полостях, присоединенных к двигателю аппаратов. Количество выступов 17 якоря меньше количества выступов ярма статора, что обеспечивает известный шаговый принцип вращения якоря, если обмотки статора соединены с известным источником импульсов тока.

Двигатель действует следующим образом.

Текучая среда под давлением заполняет полость цилиндра 4 и герметичные полости присоединенных аппаратов. Импульсы тока поочередно подаются в пары катушек, расположенных противоположно одна другой. При этом ближайшие выступы 17 якоря притягиваются к возбужденным полюсам (выступам ярма) статора, якорь вместе с сердечником совершает шаг поворота.

При непрерывной подаче импульсов тока якорь совершает прерывистое вращательное движение с некоторой частотой вращения, определяемой и регулируемой частотой импульсов. Для реверсирования вращения якоря меняется направление подачи импульсов, например, с подачи по часовой стрелке на подачу против часовой стрелки. Если сердечник 18 соединен с приводным механизмом, последний приводится во вращение и перемещает, например, запорный орган трубопроводной арматуры. Если двигатель используется для непосредственного воздействия на среду и содержит в полости сердечника 18 лопатки, то при вращения якоря и сердечника среда перемешивается и дозированно подается из одного аппарата в другой. Дозирование подачи осуществляется изменением частоты импульсов и соответственно частоты вращения якоря. Через полый сердечник 18 также может подаваться одна среда для смешивания с другой, в частности, под высоким давлением.

Эффективность устройства обусловлена следующим.

Наличие толстостенного цилиндра и участков ярма, герметично и прочно установленных в стенке цилиндра, позволяет герметизировать якорь и обеспечить передачу вращательного движения в герметичный объем без посредства сальниковых уплотнений, сильфонов и других изнашиваемых элементов, причем давление в полости цилиндра может достигать сотни кгс/см². При частоте вращения якоря до 20-30 об/мин частота импульсов тока и магнитного потока в каждом полюсе магнитопровода не превышает 2-3 импульса в секунду, что не вызывает значительных вихревых потерь в участках магнитопровода, выполненных из сплошного материала. Низкая частота вращения якоря позволяет исключить редуктор, например, в приводе запорной арматуры. В отличие от известных шаговых двигателей при низкой частоте вращения масса якоря и мощность двигателя могут быть значительно увеличены. Наличие двух герметичных входов в полость двигателя существенно расширяет технологические возможности использования двигателя, например, в области химии. Двигатель может быть использован в энергетике, нефтегазовой промышленности, химии и др.

Применение: для транспортирования жидких, газо- и парообразных сред под высоким давлением. Сущность изобретения: в двигателе с шаговым вращением якоря, содержащем полый сердечник, установленный на подшипниках, якорь, установленный на полом сердечнике, статор в виде ярма с выступами, содержащими участок из ферромагнитного материала, установленный герметично в стенке немагнитного цилиндра, установленного между статором и якорем, фланцы для стыковки двигателя с соседними герметичными полостями, участок выступа ярма выполнен не менее чем из двух стержней, установленных радиально, один фланец жестко установлен на цилиндре, другой - свободно на поверхности цилиндра, а подшипники полого сердечника установлены в расточке цилиндра. 4 ил.

ДВИГАТЕЛЬ С ШАГОВЫМ ВРАЩЕНИЕМ ЯКОРЯ, содержащий полый сердечник, установленный на подшипниках, якорь, установленный на полом сердечнике, статор в виде ярма с выступами, содержащими участок из ферромагнитного материала, установленный герметично в стенке немагнитного цилиндра, установленного между статором и якорем, фланцы для стыковки двигателя с соседними герметичными устройствами, отличающийся тем, что, с целью расширения технологических возможностей за счет повышенного давления среды внутри цилиндра, расширения пределов регулирования частоты вращения якоря и упрощения конструкции, участок выступа ярма выполнен не менее чем из двух стержней, установленных радиально, один фланец жестко установлен на цилиндре, а другой свободно на цилиндрической поверхности цилиндра, а подшипники полого сердечника установлены в расточке цилиндра.