ЭЛЕКТРОВЕРЕТЕНО Российский патент 2001 года по МПК D01H1/244 

Изобретение относится к области текстильного машиностроения, а именно, к электрооборудованию крутильных машин.

Известно электроверетено с индивидуальным электроприводом, являющееся рабочим органом крутильно-вытяжной машины и содержащее веретено двойного кручения, приводной диск которого через тесьму, промежуточный ролик натяжения соединен со шкивом синхронного реактивного электродвигателя (Макет машины двойного кручения и термообработки КДТ-360, Новости машиностроения для химических волокон и нитей, приложение к журналу Химические волокна, 1994, N 6, с. 21-23).

Недостаток такого веретена с электроприводом состоит в сложной кинематической передаче, снижающей надежность, энергетические показатели и повышающей стоимость, массу и габариты.

Известно электроверетено в виде электромеханотронного узла, содержащее шпиндель, опору, выполненную в виде осевого упорного подшипника в нижней части шпинделя и подшипника качения в верхней части, приводной асинхронный электродвигатель, имеющий статор и ротор с обмотками, при этом ротор соединен со шпинделем (Коротеева Л.И. и др. Технологическое оборудование заводов химических нитей и волокон, Ленинград, Легпромбытиздат, 1987, с. 146).

Ротор приводного элекродвигателя выполнен в виде магнитопровода, набранного из листов магнитомягкого материала (электротехнической стали), изолированных один от другого, имеет зубцы и пазы, в пазах дискретно размещена обмотка типа "беличья клетка" из меди или алюминия, замкнутая накоротко замыкающими кольцами.

Приводной асинхронный электродвигатель принципиально имеет высокую прочность пускового тока по отношению к неноминальному, поэтому у электроверетена низкая надежность вследствие нагрева при пуске, торможении, при технологических остановах. У ротора электродвигателя малый внутренний диаметр, поэтому нельзя применить шпиндель диаметра, требуемого по условиям работы электроверетена для обеспечения устойчивости и стабильности работы.

Недостатки электроверетена связаны с особенностями приводного асинхронного электродвигателя, у которого большие объем, масса, материалоемкость, пусковой ток и потребляемая мощность, и состоят в том, что электроверетено работает неустойчиво, нестабильно, имеет малую надежность, низкую экономичность, низкие энергетические показатели, повышенные массу и габариты.

Наиболее близким аналогом является электроверетено, содержащее шпиндель, опору, выполненную в виде осевого упорного подшипника скольжения в нижней части шпинделя и подшипника качения в верхней части, электродвигатель, имеющий статор с обмоткой и ротор в форме стакана, выполненного из магнитотвердого материала, и втулку, расположенную между шпинделем электроверетена и ротором электродвигателя и соединяющую шпиндель с ротором (ЕР 0436934 A1, 17.07.1991).

В данном электроверетене не устранены все указанные выше недостатки.

Задачей изобретения является создание электроверетена, обеспечивающего получение технического результата, состоящего в повышении надежности, устойчивости, стабильности и энергетических показателей, снижении массы, габаритов, материалоемкости, упрощении и унификации конструкции электроверетена.

Этот технический результат в электроверетене, содержащем шпиндель, опору, выполненную в виде осевого упорного подшипника скольжения в нижней части шпинделя и подшипника качания в верхней части, электродвигатель, имеющий статор с обмоткой и ротор в форме стакана, выполненного из магнитотвердого материала, и втулку, расположенную между шпинделем электроверетена и ротором электродвигателя и соединяющую шпиндель с ротором, достигается тем, что втулка выполнена из немагнитного материла, а магнитотвердый материал стакана ротора удовлетворяет условиям:
Br/Bmμ≥0,7;
Hc/Hmμ≥0,8,
при Bmμ≥0,8 Tл и 100<Hmμ<250 A/см,
где Br - остаточная индукция; H_с - коэрцитивная сила; Bmμ и Hmμ - - максимальные индукция и напряженность петли гистерезиса магнитотвердого материала, соответствующей максимальной магнитной проницаемости материала.

Сущность изобретения поясняется чертежом, где показано предлагаемое электроверетено.

Электроверетено содержит шпиндель 1, опору 2, включающую подшипник скольжения 3 в нижней части и подшипник качения 4 в верхней части, приводной электродвигатель 5, имеющий статор 6 с обмоткой 7 и ротор 8, который имеет форму стакана из магнитотвердого материала, удовлетворяющего условиям Br/Bmμ≥0,7,Hc/Hmμ≥0,8 при Bmμ≥0,8 Tл и 100<Hmμ<250 A/см, и закрепленный, например, прессовой посадкой на немагнитной втулке 9, выполненной, например, из алюминия или пластмассы и соединенной со шпинделем 1 электроверетена.

Электроверетено работает следующим образом.

При выбранных соотношениях между параметрами и характеристиками магнитотвердого материала ротора 8 магнитное поле, создаваемое обмоткой 7 статора 6 приводного электродвигателя 5, обеспечивает перемагничивание ротора 8 в пусковом и асинхронном режимах. В результате образуется постоянный (для идеализированного электродвигателя) электромагнитный момент, физическая природа которого едина в пусковом, асинхронном и синхронном режимах. Этот момент обеспечивает разгон шпинделя 1 электроверетена до синхронной частоты вращения и стабилизацию частоты вращения шпинделя 1 электроверетена.

Поскольку намагничивающая составляющая тока в обмотке 7 статора 6 практически не меняется, то электроверетено с таким электродвигателем 5 имеет малую кратность пускового тока по отношению к номинальному, которая составляет 1,2 - 1,5, в то время как у электроверетена с асинхронным электродвигателем кратность пускового тока по отношению к номинальному 5,0 - 7,0. Поэтому скорость нарастания температуры в обмотке 7 как минимум на порядок меньше, и такое электроверетено, электродвигатель которого рассчитан в соответствии с условиями нагрева электроверетена в рабочем режиме, мало перегревается при останове.

Ротор 8 выполнен из магнитотвердого материала, например, литого хромокобальтового сплава, который при максимальной магнитной проницаемости характеризуется магнитным полем с индукцией Bmμ≥0,8 Тл и напряженность 100<Hmμ<250 A/см, значение которой выбирается исходя из требуемой мощности электродвигателя. При Bmμ<0,8 Тл и Hmμ<100 A/см или Hmμ>250 A/см не обеспечивается разгон электроверетена до синхронной частоты вращения, стабильность частоты его вращения, требуемые рабочие показатели.

Дополнительно материал ротора 8 выбирается по соотношению площадей петли гистерезиса и описанного вокруг нее прямоугольника, пропорциональному остаточной индукции Br и коэрцитивной силе H_c и характеризуется условиями: Br/Bmμ≥0,7 при Hc/Hmμ≥0,8. Только при выполнении этих условий обеспечивается наилучшее использование объема магнитотвердого материала, потери на перемагничивание (на гистерезис), в котором определяют электромагнитный момент при пуске электроверетена и при синхронизации вращения магнитного поля, создаваемого обмоткой 7 статора, электродвигателя 5, и шпинделя 1 электроверетена.

Изобретение может быть использовано на крутильных машинах и позволяет повысить надежность, устойчивость, стабильность и энергетические показатели, снизить массу, габариты, материалоемкость, упростить и унифицировать конструкцию. Электроверетено содержит шпиндель, опору, выполненную в виде осевого упорного подшипника скольжения в нижней части и подшипника качения в верхней части, и приводной электродвигатель, ротор которого выполнен в форме стакана из магнитотвердого материала, удовлетворяющего определенным условиям. При выбранных соотношениях между параметрами и характеристиками материала ротора магнитное поле, создаваемое обмоткой статора приводного электродвигателя, обеспечивает перемагничивание ротора в пусковом и асинхронном режимах. В результате образуется постоянный электромагнитный момент, физическая природа которого едина в пусковом, асинхронном и синхронном режимах. Этот момент обеспечивает разгон шпинделя до синхронной частоты вращения и стабилизацию частоты вращения шпинделя. 1 ил.

Электроверетено, содержащее шпиндель, опору, выполненную в виде осевого упорного подшипника скольжения в нижней части шпинделя и подшипника качения в верхней части, электродвигатель, имеющий статор с обмоткой и ротор в форме стакана, выполненного из магнитотвердого материала, и втулку, расположенную между шпинделем электроверетена и ротором электродвигателя и соединяющую шпиндель с ротором, отличающееся тем, что втулка выполнена из немагнитного материала, а магнитотвердый материал стакана ротора удовлетворяет условиям:
Br/Bmμ≥0,7,
Hc/Hmμ≥0,8,
при Bmμ≥0,8 Tл и 100<Hmμ<250 A/см,
где Br - остаточная индукция;
Hc - коэрцитивная сила;
Bmμ и Hmμ - максимальные индукция и напряженность петли гистерезиса магнитотвердого материала, соответствующей максимальной магнитной проницаемости материала.