ТОРЦЕВОЙ АСИНХРОННЫЙ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЬ Российский патент 1998 года по МПК H02K17/16 

Изобретение относится к области электромеханики и может быть применено во многих областях техники взамен известных электродвигателей переменного тока.

Аналогом данного изобретения является асинхронный электродвигатель, содержащий статор, помещенный в корпус и снабженный обмотками, и ротор с короткозамкнутой обмоткой в виде "беличьей" клетки [1, 2, 3]. Прототипом изобретения является торцевой асинхронный электродвигатель (ТАД), у которого короткозамкнутая обмотка (клетка) ротора имеет плоскую конструкцию и содержит систему проводников-стержней, а также два короткозамыкающих кольца [4]. Указанный прототип характеризуется тем, что рабочие поверхности статора и ротора лежат в параллельных плоскостях и образуют нерегулируемый рабочий зазор, а магнитопроводы статора и ротора выполнены цельными из изотропного магнитного материала.

В указанном прототипе для улучшения условий охлаждения проводники короткозамкнутой обмотки ротора выполнены с переменным поперечным сечением. Такая форма проводников обмотки не обеспечивает нормальное охлаждение, поскольку основные потери в асинхронной машине имеют место в обмотке и сердечнике статора, а не ротора. Эта форма проводников обмотки ротора нецелесообразна также потому, что линии вихревого тока в обмотке ротора являются непрерывными. В прототипе увеличено поперечное сечение проводников обмотки за счет уменьшения поперечного сечения магнитопровода ротора, что приводит к уменьшению магнитного потока машины и, следовательно, к уменьшению ее электромагнитного момента и мощности.

Существенным недостатком прототипа является также несовершенство всей электромагнитной системы данной асинхронной торцевой электрической машины. Магнитопровод статора этой машины является цельным (не сборным), а его обмотка выполняется методом печатного монтажа. В данной конструкции нет отдельных катушек с собственными каркасами-сердечниками. Такая конструкция статора с указанной обмоткой нетехнологична при изготовлении, ремонте и весьма дорога. В указанном прототипе несовершенна также магнитная система и короткозамкнутая обмотка ротора. Магнитопровод ротора занимает лишь малую часть внутреннего объема электродвигателя, так как имеет малое поперечное сечение. По указанной причине магнитопровод ротора имеет большое магнитное сопротивление, что снижает электромагнитный момент и мощность электродвигателя. Кроме того, проводники обмотки ротора имеют малую длину по сравнению с внешним радиусом ротора, что, в соответствии с законом Ампера, также приводит к уменьшению электромагнитного момента и мощности.

Данное изобретение нацелено на повышение электромагнитного момента, мощности, а также технологичности торцевого асинхронного электродвигателя, который в зависимости от мощности и назначения может быть трехфазным или однофазным.

Сущность новых конструктивных решений, совокупность которых обеспечивает требуемый технический результат, графически представлена на чертеже.

На чертеже показаны основные узлы ТАД и их взаимное расположение. Статор в сборе содержит основание - магнитопровод в виде плоского диска 1 и систему катушек с каркасами 2, закрепленными на плоском основании по окружности вокруг центрального отверстия для вала. Торцевые поверхности каркасов катушек, обращенные к рабочему зазору, образуют одну из двух рабочих поверхностей ТАД. Катушки электрически соединены между собой и образуют статорную обмотку. Материалом основания статора и каркасов катушек служит изотропный композиционный магнитный материал (КММ), обладающий необходимым комплексом магнитных, электрических и механических свойств. КММ имеет высокое удельное электрическое сопротивление, превышающее удельное электрическое сопротивление электротехнической стали. Ротор в сборе содержит основание - магнитопровод в виде диска 3, рабочая поверхность которого имеет выступы-полюсы, а также плоский металлический диск 4 с системой отверстий. Эти отверстия равномерно расположены вокруг центрального отверстия и служит для разделения тела диска на систему электрически проводящих участков - проводников, образующих короткозамкнутую обмотку ротора. Материалом основания ротора является КММ, материалом диска - металл с высокой удельной электрической проводимостью, например алюминий. Количество, форма и геометрические размеры отверстий в металлическом диске точно соответствуют количеству, форме и размерам выступов в основании - магнитопроводе. При сборке ротора выступы основания помещаются в отверстия металлического диска. Высота выступов соответствует толщине плоской части диска, поэтому после сборки ротора торцевые поверхности выступов образуют с плоскостью диска рабочую поверхность, параллельную рабочей поверхности статора. Сборный ротор жестко фиксируется на валу 5 с помощью втулки 6. Эта втулка соединяется с валом, например при помощи штифта, и к ней жестко крепится металлический диск. Концы вала установлены в подшипники 7, 8, установленные в левой 9 и правой 10 половинах цилиндрического корпуса. В данной конструкции предусмотрены плоские шайбы на концах вала 5 у подшипников 7, 8, с помощью которых регулируется рабочий зазор.

Электромагнитный момент и мощность ТАД зависят от интенсивности магнитного поля в рабочем зазоре, от интенсивности вихревых токов в короткозамкнутой обмотке ротора и от длины радиальных участков - проводников короткозамкнутой обмотки. Для увеличения момента и мощности ТАД необходимо увеличивать длину радиальных проводников короткозамкнутой обмотки ротора, а также увеличивать интенсивность вихревых токов в этой обмотке. Для этого в данной конструкции ТАД металлический диск имеет чашеобразную форму. Наружный кольцевой край диска, замыкающий радиальные проводники обмотки, отогнут под прямым углом к плоской поверхности диска, на которой расположены радиальные проводники, и образует совместно с плоской поверхностью чашу, в которой размещается основание - магнитопровод ротора. Наружный край металлического диска и его внутренний кольцевой край, являющиеся замыкателями радиальных проводников, имеют в данной конструкции малое электрическое сопротивление по сравнению с сопротивлением радиального проводника, что способствует увеличению интенсивности вихревых токов в обмотке ротора. При этом в заданных габаритах электродвигателя увеличивается не только длина радиальных проводников короткозамкнутой обмотки ротора, но и увеличивается площадь полюсов - торцевых поверхностей выступов основания ротора, что также увеличивает момент и мощность ТАД. Чашеобразная конструкция металлического диска повышает механическую прочность всей конструкции ротора, что особенно важно для высокоскоростных ТАД.

Плоские поверхности монолитных деталей статора и ротора ТАД технологически несложно обработать с высокой точность. Это гарантирует возможность обеспечить малый рабочий зазор в ТАД и способствует повышению его мощности. Этот зазор в ТАД регулируется плоскими шайбами, помещенными на концах вала у подшипников.

Обмотка статора ТАД образована путем электрического соединения выводов отдельных простых катушек, поэтому у данной обмотки в отличие от обмотки статора обычного (не торцевого) асинхронного электродвигателя отсутствуют лобовые части, что существенно снижает расход обмоточных проводов. Обмотка ТАД является простой и технологичной, так как каждая катушка наматывается на простом и высокопроизводительном оборудовании.

Изобретение относится к области электротехники и электромеханики и может быть применено взамен обычных асинхронных электродвигателей. Данное изобретение направлено на увеличение электромагнитного момента и мощности, а также на повышение технологичности конструкции асинхронных электродвигателей. Указанный технический результат достигается тем, что статор содержит плоское основание - диск из магнитного материала и закрепленные на этом основании катушки статорной обмотки с каркасами из магнитного материала, а ротор содержит основание - диск из магнитного материала и скрепленный с ним металлический диск из материала с высокой удельной электрической проводимостью. Материалом для оснований статора и ротора, а также каркасов катушек является изотропный композиционный магнитный материал с высоким удельным электрическим сопротивлением. Короткозамкнутая обмотка ротора образована системой сквозных отверстий на металлическом диске ротора из материала с высокой удельной электрической проводимостью, который имеет специальную форму. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Торцевой асинхронный электродвигатель, содержащий статор с обмоткой и ротор с короткозамкнутой обмоткой, магнитопроводы которых имеют плоскую конструкцию, а их рабочие поверхности лежат в параллельных плоскостях и образуют рабочий зазор, отличающийся тем, что статор выполнен в виде плоского основания-диска, на котором закреплены катушки статорной обмотки с каркасами, торцевые поверхности которых образуют одну из рабочих поверхностей электродвигателя, а ротор выполнен в виде основания-диска и скрепленного с ним металлического чашеобразного диска из материала с высокой удельной электрической проводимостью, образующих другую рабочую поверхность электродвигателя, рабочие поверхности образуют регулируемый рабочий зазор, короткозамкнутая обмотка ротора выполнена путем разделения тела металлического чашеобразного диска системой отверстий, равномерно расположенных по окружности на его плоской рабочей поверхности с образованием единой системы электрических проводников, наружный кольцевой край металлического чашеобразного диска отогнут под прямым углом в сторону основания-диска ротора и совместно с его внутренним кольцевым краем образует замыкатели радиальных проводников короткозамкнутой обмотки ротора, которые имеют малое электрическое сопротивление по сравнению с электрическим сопротивлением радиального проводника обмотки ротора, при этом основания-диски статора и ротора, а также каркасы катушек статора выполнены из изотропного композиционного материала с высоким удельным электрическим сопротивлением. 2. Электродвигатель по п.1, отличающийся тем, что основание-диск ротора со стороны рабочего зазора выполнено с выступами, количество, форма и размеры которых точно соответствуют количеству, форме и размерам отверстий в металлическом чашеобразном диске ротора, при этом высота выступов основания-диска точно соответствует толщине упомянутого металлического диска и при их совмещении торцевые поверхности выступов образуют с плоской рабочей поверхностью металлического диска единую рабочую поверхность в рабочем зазоре электродвигателя. 3. Электродвигатель по п.1 или 2, отличающийся тем, что для регулировки рабочего зазора на концах вала ротора установлены плоские шайбы.