ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЬ ДЛЯ ГЕРМЕТИЧНЫХ ОБЪЕКТОВ Российский патент 2001 года по МПК H02K16/04 H02K17/34 H02K1/06 

Изобретение относится к области специальных электрических машин, а именно к конструкции электрических асинхронных герметизированных двигателей, используемых в промышленных установках для работы в химически агрессивных, радиационных и взрывоопасных газообразных и жидких средах, при высоких давлениях и температуре и содержащих герметизированные статоры.

Известны герметичные электродвигатели, предназначенные для работы непосредственно в герметичных объектах или в агрессивных средах, например погружные двигатели [1] . Такие двигатели содержат герметичные уплотнения между вращающимся валом и герметичным корпусом либо герметизированный статор, заключенный в герметичном корпусе, и ротор, вращающийся в рабочей среде.

Недостатками таких двигателей является ограниченная область применения и низкая надежность, обусловленные трудностями технического обслуживания и ремонта, а также малый ресурс герметичности уплотнения вращающегося вала.

Известны также асинхронные двигатели для привода устройств, работающих в герметичных объектах или агрессивных средах, со статором, вынесенным за пределы объекта (среды), в котором вращается ротор, и отделенным от ротора герметичной перегородкой-экраном [2]. Электродвигатель, описанный в [2, с. 26, рис. 5] и принятый в качестве прототипа, содержит установленные в корпусе статор и ротор, расположенные в полостях, разделенных герметичной перегородкой. Герметичная перегородка-экран выполнена в виде сплошной, тонкостенной цилиндрической гильзы, расположенной между статором и ротором.

Недостатками прототипа являются низкие энергетические характеристики из-за увеличенного на толщину гильзы зазора между статором и ротором. Кроме этого, часть энергии электромагнитного поля не передается в ротор, а выделяется в виде тепла от действия вихревых токов, наводимых в экране при пересечении его основным магнитным потоком. Другими недостатками прототипа являются сложные системы разгрузки тонкостенной гильзы от аксиально-радиальных усилий в герметичном объекте и трудности отвода тепла с ротора, находящегося в герметичной полости и охваченного основным источником тепловыделения.

Задачей предлагаемого изобретения является расширение области применения и повышение энергетических характеристик и надежности электродвигателя для герметичных объектов.

Поставленная задача решается за счет того, что двигатель, содержащий установленные в корпусе статор и ротор, расположенные в полостях, разделенных герметичной перегородкой, дополнительно содержит два магнитопровода с пазами, размещенных один со статором, другой - с ротором по обе стороны от перегородки так, что поверхность со стороны пазов одного магнитопровода примыкает к активной поверхности статора, а аналогичная поверхность второго магнитопровода отделена от активной поверхности ротора рабочим зазором. В пазах магнитопроводов размещены стержни короткозамкнутой обмотки, причем стержни одного магнитопровода электрически соединены со стержнями второго магнитопровода и с противоположных концов замкнуты короткозамыкающими кольцами. В пазах расположены общие для обоих магнитопроводов стержни, проходящие через герметически уплотненные отверстия, выполненные в перегородке. Стержни соединены с электрическими гермовводами, расположенными в перегородке.

Выполнение двигателя в соответствии с вышеназванными основными признаками расширяет возможные области применения, а также повышает энергетические характеристики и надежность за счет устранения потерь в разделяющей полости статора и ротора герметичной перегородке, независимости характеристик двигателя от толщины герметичной перегородки, отсутствия специальных систем и разгрузки перегородки от механических напряжений.

Признаки, касающиеся расположения в пазах общих для магнитопроводов стержней, проходящих через герметически уплотненные отверстия, выполненные в перегородке, и соединения стержней с электрическими гермовводами, расположенными в перегородке, развивают общие признаки и поэтому являются частными.

Сущность изобретения иллюстрируется чертежами. На фиг. 1 изображен продольный разрез электродвигателя для герметичных объектов с цилиндрическими статором, ротором и магнитопроводами. На фиг. 2 - продольный разрез аналогичного двигателя с торцевыми статором, ротором и магнитопроводами.

Каждый из указанных двигателей содержит статор 1 и ротор 2, расположенные в полостях 3 и 4, разделенных герметичной перегородкой 5, а также магнитопроводы 6,7 с пазами 8,9. Магнитопровод 6 расположен со статором 1, магнитопровод 7 - с ротором 2 по обе стороны от перегородки 5.

Поверхность 10 со стороны пазов 8 магнитопровода 6 примыкает к активной поверхности статора 1, а поверхность 11 магнитопровода 7 отделена от активной поверхности ротора 2 рабочим зазором 12. В пазах 8 и 9 размещены стержни обмотки, соответственно 13 и 14, причем каждый стержень 13 магнитопровода 6 скреплен со стержнем 14 магнитопровода 7 герметичным электрическим соединением 15, а с противоположных концов стержни 13 и 14 замкнуты короткозамыкающими кольцами, соответственно 16 и 17.

В двигателе, изображенном на фиг. 1, электрическими и механическими соединителями стержней 13 и 14 являются средние части стержней 15, общих для магнитопроводов 6 и 7, проходящих через герметически уплотненные отверстия 18 в перегородке 5. В двигателе на фиг. 2 соединителями стержней 13 и 14 служат электрические гермовводы 15, установленные в отверстиях 18 перегородки 5. Перегородка 5 может быть частью фланца корпуса электродвигателя, герметично закрывающего люк в корпусе герметичного объекта (не показан), либо может быть частью корпуса герметичного объекта.

Двигатель работает следующим образом. Вращающееся магнитное поле, созданное статором 1, проходит через магнитопровод 6 и наводит в его стержнях 13 Z-фазную систему ЭДС и токов (где Z - число пазов и зубцов в каждом из магнитопроводов 6 и 7). Эти токи замыкаются в кольцах 16, а проходя через электрические гермовводы 15 и стержни 14 магнитопровода 7, замыкаются с другой стороны в кольцах 17. Z-фазная система токов, протекающая по стержням 14, создает в рабочем зазоре 12 между магнитопроводом 7 и ротором 2 вращающееся магнитное поле с числом полюсов статора 1. Это поле, проходя через ротор 2, наводит в его короткозамкнутой обмотке ЭДС и создает электромагнитный момент, который приводит ротор во вращение, аналогично обычному асинхронному двигателю с короткозамкнутым ротором.

Вышеописанная конструкция электродвигателя для герметичных объектов по существу представляет агрегат из двух электрических машин (разновидность машинно-трансформаторных агрегатов, рассмотренных в [3]), связанных стержнями 13 и 14 и разделенных герметичной перегородкой 5. Одна электрическая машина (в правой части от перегородки) является понижающим трансформатором с вращающимся магнитным полем и преобразователем числа фаз из m=3 для всыпной обмотки статора 1, подключенной к трехфазной сети, в число фаз m=Z для вторичной обмотки трансформатора, состоящей из Z стержней 13, электрически замкнутых кольцом 16. Вторая электрическая машина (в левой части от перегородки 5) представляет собой асинхронный двигатель с обычным короткозамкнутым ротором 2 и статором 7 с Z-фазной стержневой обмоткой возбуждения, электрически замкнутой кольцом 17 и подключенной ко вторичной обмотке трансформатора, то есть к стержням 13 через электрические гермовводы 15.

В предложенной конструкции за счет отсутствия экранирующей гильзы статора и уменьшения в несколько раз зазора между статором и ротором повышены энергетические характеристики по сравнению с известными герметичными электродвигателями. Кроме этого, предлагаемый электродвигатель может быть выполнен с низковольтной стержневой короткозамкнутой обмоткой статора без изоляционного покрытия стержней (аналогично короткозамкнутой обмотке ротора обычного асинхронного двигателя). Это дает возможность повысить до 1 коэффициент заполнения пазов проводниковым материалом и сократить до минимума длину лобовых частей обмоток, тем самым - увеличить энергетические показатели в двигательной части машины. Фазное напряжение, подаваемое на стержневую обмотку 14 статора, не превышает 2-3 В. Такая конструкция двигателя позволяет использовать его во взрыво- и пожароопасных средах, а также при высоких температурах окружающей среды (до 500-600^oС) и сильном радиационном излучении (например, в электроприводе механизмов в зоне реактора атомных электростанций).

В случае необходимости обеспечения малых осевых размеров конструкция электродвигателя для герметичных объектов может быть выполнена в торцевом исполнении, как показано на фиг. 2. В этом случае сердечники статора 1 и ротора 2 выполняются в виде магнитопроводящих дисков (например, из витой электротехнической стали) с радиальными пазами под проводники обмоток. Так же как и в цилиндрической конструкции (фиг. 1), в торцевом исполнении стержневые обмотки 13 и 14 замкнуты по внутренней периферии кольцами, соответственно 16 и 17.

Источники информации
1. Счастливый Г.Г. Погружные асинхронные двигатели. М.: Энергоатомиздат, 1983.

2. Вишневский Н. Е. , Глуханов Н.П., Ковалев И.С. Машины и аппараты с герметичным электроприводом. Л.: Машиностроение, 1977.

3. Свечарник Д. В. , Забора И. Г. Машинно-трансформаторный агрегат //Электротехника. 1998, с. 1-8.

Изобретение относится к области специальных электрических машин, а именно к конструкции электрических асинхронных герметизированных двигателей, используемых в промышленных установках для работы в химически агрессивных, радиационных и взрывоопасных газообразных и жидких средах, при высоких давлениях и температуре и содержащих герметизированные статоры. Технический результат изобретения направлен на расширение области применения и повышение энергетических характеристик и надежности электродвигателя для герметичных объектов. Указанный технический результат достигается тем, что двигатель, содержащий установленные в корпусе статор и ротор, расположенные в полостях, разделенных герметичной перегородкой, дополнительно содержит два магнитопровода с пазами, размещенных один со статором, другой - с ротором по обе стороны от перегородки так, что поверхность со стороны пазов одного магнитопровода примыкает к активной поверхности статора, а аналогичная поверхность второго магнитопровода отделена от активной поверхности ротора рабочим зазором. В пазах магнитопроводов размещены стержни короткозамкнутой обмотки, причем стержни одного магнитопровода электрически соединены со стержнями второго магнитопровода и с противоположных концов замкнуты короткозамыкающими кольцами. В пазах расположены общие для обоих магнитопроводов стержни, проходящие через герметически уплотненные отверстия, выполненные в перегородке. Стержни соединены с электрическими гермовводами, расположенными в перегородке. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Электродвигатель для герметичных объектов, содержащий установленные в корпусе статор и ротор, расположенные в полостях, разделенных герметичной перегородкой, отличающийся тем, что он содержит два дополнительных магнитопровода с пазами, в которых размещены электропроводные стержни, соединенные электрически и замкнутые с противоположных концов короткозамыкающими кольцами, при этом поверхность одного из магнитопроводов со стороны пазов примыкает к активной поверхности статора, а аналогичная поверхность второго магнитопровода отделена от активной поверхности ротора рабочим зазором. 2. Электродвигатель по п.1, отличающийся тем, что в пазах дополнительных магнитопроводов расположены общие стержни, проходящие через герметически уплотненные отверстия, выполненные в перегородке. 3. Электродвигатель по п.1, отличающийся тем, что стержни соединены с электрическими гермовводами, расположенными в перегородке.