РОТОР КОРОТКОЗАМКНУТОГО ТОРЦОВОГО ДВИГАТЕЛЯ Российский патент 1997 года по МПК H02K1/26 H02K17/26 

Изобретение относится к электромашиностроению, а именно к конструкциям роторов асинхронных торцевых двигателей, и может найти применение в механизмах с плоским конструктивным исполнением, например в подкассетных узлах лентопротяжных механизмов, работающих в пусковых и старт-стопных режимах.

Заявляемое изобретение направлено на решение задачи, заключающейся в упрощении технологии изготовления и улучшении условий охлаждения.

Известен ротор торцевого асинхронного двигателя, короткозамкнутая обмотка которого выполнена обычным способом, т.е. путем заливки расплавленного алюминия [1] Недостатком этого аналога является сложность технологического оборудования для изготовления такой обмотки, особенно при производстве единичных двигателей или небольших партий.

Известен ротор короткозамкнутого торцевого двигателя, имеющий открытый паз с обмоткой, состоящей из стержней и короткозамыкающих колец, выполненных из порошка с высокой электропроводностью, переменной по величине, с изменением высоты паза [2] Такая обмотка обеспечивает высокие пусковые свойства, однако требует различных дефицитных порошковых компонентов и сложного технологического оборудования для термообработки и спекания порошков.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является выбранный в качестве прототипа ротор торцевого короткозамкнутого асинхронного двигателя, магнитопровод которого содержит открытые пазы и короткозамкнутую обмотку, выполненную из листового материала в виде пакета штампованных колец с окнами, охватывающими зубцы магнитопровода, причем промежутки между окнами расположены в пазах [3] У прототипа и заявляемого изобретения имеются следующие сходные существенные признаки магнитопровод с открытыми пазами, короткозамкнутая обмотка, выполненная из листового материала в виде кольца с окнами, охватывающими зубцы магнитопровода, причем промежутки между окнами расположены в пазах.

Недостатком прототипа является технологическая сложность изготовления глубокопазного ротора, т.к. требуется большое количество штампованных колец, усложняется технологическая проблема обеспечения электрического контакта между отдельными кольцами и крепления их в пазу, уменьшается коэффициент заполнения паза, ухудшаются условия охлаждения двигателя (в прототипе вентиляционные лопатки поэтому отсутствуют).

Цель изобретения в упрощении технологии изготовления ротора путем выполнения обмотки ротора в виде одного, специальным образом сформованного кольца, а также в улучшении условий охлаждения путем совмещения функций короткозамкнутых колей и вентиляционных лопаток и увеличения поверхности охлаждения обмотки.

Для достижения поставленной цели заявляемое изобретение ротор короткозамкнутого торцевого двигателя содержит следующие общие, выраженные определенными понятиями существенные признаки, совокупность которых направлена на решение только одной, связанной с целью изобретения задачи магнитопровод с открытыми пазами, короткозамкнутая обмотка, выполненная из листового материала в виде кольца с окнами, промежутки между окнами размещены в пазах, причем кольцо короткозамкнутой обмотки выполнено изогнутого профиля так, что окна охватывают зубцы магнитопровода то в верхней, то в нижней части паза, а число пазов выбрано четным.

По отношению к прототипу у заявляемого изобретения имеются следующие отличительные признаки кольцо короткозамкнутой обмотки выполнено изогнутого профиля так, что окна охватывают зубцы магнитопровода то в верхней, то в нижней части паза, а число пазов выбрано четным.

Перечисленные выше отличительные признаки вместе со сходными признаками прототипа обеспечивают упрощение технологии изготовления и улучшение условий охлаждения.

Между отличительными признаками и целью изобретения существует следующая причинно-следственная связь: выполнение кольца короткозамкнутой обмотки изогнутого профиля так, что окна охватывают зубцы магнитопровода то в верхней, то в нижней части паза, а число пазов выбрано четным позволяет выполнить обмотку из одного цельного листа путем одного цикла штамповки окон и разворота отдельных частей кольца, что упрощает технологию изготовления ротора, при этом изгибы лобовых частей кольца (короткозамыкающих колец) выполняют функцию вентиляционных лопаток, кроме того, увеличивается поверхность охлаждения обмотки, что улучшает условия охлаждения.

По имеющимся у авторов сведениям совокупность существенных признаков, характеризующих сущность изобретения, неизвестна из уровня техники, что позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого изобретения критерию "новизна".

По мнению авторов, сущность заявляемого изобретения не следует для специалиста явным образом из известного уровня техники, так как из него не выявляется вышеуказанное влияние на получаемый технический результат новое свойство объекта совокупности признаков, которые отличают от прототипа заявляемое изобретение, что позволяет сделать вывод о его соответствии критерию "изобретательский уровень".

Совокупность существенных признаков, характеризующих сущность изобретения, в принципе может быть многократно использована в производстве торцевых асинхронных двигателей с получением технического результата, заключающегося в выполнении цельной роторной обмотки с вентиляционными лопатками, обуславливающего обеспечение достижения поставленной цели - упрощение технологии изготовления и улучшение условий охлаждения, что позволяет сделать вывод о соответствии изобретения критерию "промышленная применимость".

Сущность изобретения поясняется графическими материалами, на которых изображено: на фиг.1 ротор двигателя в сборе, вид сверху; на фиг.2 фрагмент обмотки ротора.

Заявляемое изобретение ротор короткозамкнутого торцевого двигателя содержит магнитопровод 1 с короткозамкнутой обмоткой изогнутого профиля, сформованной из листового электропроводящего материала, например меди, с окнами 2, охватывающими зубцы 3 в верхней части, и окнами 4, охватывающими зубцы 3 в нижней части пазов. Промежутки 5 между окнами 2 и 4 выполняют функции стержней и установлены в глубоких пазах 6 магнитопровода 1.

Число пазов 6 выбрано равным 12, что позволяет получить замкнутую кольцевую обмотку с целым числом периодов разворотов стержней 5 относительно плоскости окон. Короткозамыкающие кольца по внешнему диаметру 7 и по внутреннему диаметру 8 магнитопровода 1 имеют также изогнутый профиль. Толщина стержней 5 равна толщине листового материала и выбирается равной ширине пазов 6 магнитопровода 1, что обеспечивает прочную установку с натягом всей обмотки в магнитопровод 1.

Технология изготовления такого ротора может быть следующей. В сплошной полосе листового материала за один цикл штампуют кольцо с окнами.

При заданных расчетных параметрах двигателя внешний диаметр кольца определяется формулой

а внутренний диаметр
,
где D₁ внешний диаметр заготовки листа;
D₂ внешний диаметр магнитопровода;
D₃ внутренний диаметр листа;
D₄ внутренний диаметр магнитопровода;
Z₂ число пазов ротора;
h_п глубина паза ротора;
h_к длина вылета лобовой части обмотки (короткозамыкающего кольца).

Размеры окон совпадают с размерами внешней поверхности зубца, а ширина промежутков 5 равна глубине пазов 6.

После штамповки на гибочной установке формуют заданный профиль кольца. Готовую короткозамкнутую обмотку, имеющую вид фиг.2, устанавливают в магнитопровод 1. Как показывает опыт, при ширине паза 6, равной ширине стержня 5, закрепление обмотки в пазах не требует дополнительных мероприятий и достигается забивкой стержней в пазы.

В процессе работы статор двигателя (на фигурах не показан) создает вращающееся магнитное поле, которое наводит ЭДС в стержнях 5, т.к. стержни 5 замкнуты с торцов короткозамыкающими кольцами 7 и 8, то в них протекают вихревые токи, которые, взаимодействуя с вращающимся магнитным полем, создают момент, вызывая вращение ротора.

Торцевой двигатель с предложенным ротором целесообразно использовать в электроприводах, требующих высоких пусковых моментов при малых пусковых токах, достижение этих показателей в предложенном изобретении получают как за счет явно выраженного поверхностного эффекта (легко получить максимальное отношение величины глубины паза к его ширине), так и за счет большого сопротивления короткозамыкающих колец 7, 8, имеющих небольшое сечение и увеличенную длину, за счет изогнутого профиля. Кроме того, изогнутый профиль короткозамыкающих колец 7 и 8 обеспечивает большую поверхность теплоотдачи (в 7-10 раз по сравнению с обычной к.з. клеткой), и одновременно выполняют функции вентиляционных лопаток, улучшая условия охлаждения двигателя.

Конструкция ротора не требует сложного технологического оборудования, в отличие от прототипа обмотка выполняется цельной и легко крепится в магнитопроводе.

Как показали результаты изготовления торцевого двигателя с предложенным ротором в электроприводе лентопротяжного механизма, заявляемое изобретение может быть использовано в народном хозяйстве и в сравнении с прототипом обладает более простой технологией изготовления и лучшими условиями охлаждения.

Заявляемое решение не оказывает отрицательного воздействия на состояние окружающей среды.

Использование: в электроприводах, работающих в пусковых и старт-стопных режимах, например, в лентопротяжных механизмах, выпускаемых в небольших количествах и требующих простой технологии изготовления. Сущность изобретения: ротор короткозамкнутого торцевого двигателя содержит магнитопровод 1 с короткозамкнутой обмоткой изогнутого профиля из листового электропроводящего материала с окнами 2, охватывающими зубцы 3 в верхней части, и окнами 4, охватывающими зубцы в нижней части. Промежутки 5 между окнами 2 и 4 выполняют функции стержней и установлены в глубоких пазах 6 магнитопровода 1. 2 ил.

Ротор короткозамкнутого торцового двигателя, содержащий магнитопровод с открытыми пазами между зубцами и короткозамкнутую обмотку, выполненную из листового материала в виде кольца с окнами, охватывающими зубцы магнитопровода, причем промежутки между окнами размещены в пазах, отличающийся тем, что кольцо короткозамкнутой обмотки выполнено изогнутого профиля так, что окна охватывают зубцы магнитопровода то в верхней, то в нижней части паза, а число пазов выбрано четным.