ЭЛЕКТРОПРИВОД ДЛЯ ПОВТОРНО-КРАТКОВРЕМЕННОГО РЕЖИМА РАБОТЫ Российский патент 2003 года по МПК H02K17/32 D05B69/10 

Изобретение относится к электротехнике и отраслям машиностроения и приборостроения, в которых используются устройства и механизмы с повторно-кратковременным режимом работы, в частности, к электроприводам для машин швейного, обувного, текстильного и других производств. Оно может найти применение в системах автоматики, а также в станкостроении при создании устройств, требующих частого включения - отключения.

Известен электропривод [1] швейной машины с электромагнитными фрикционными муфтами фирмы "Денфордсмол Тулз лимитед" (Англия), состоящий из непрерывно вращающегося асинхронного электродвигателя, многодисковой электромагнитной муфты сцепления и многодисковой электромагнитной муфты торможения, в котором на вал электродвигателя насажен маховик, расположенный в корпусе двигателя, а выходной (вторичный) вал вынесен за пределы электродвигателя в осевом направлении.

Использование отдельного, конструктивно-независимого электродвигателя цилиндрической формы исполнения не позволяет существенно уменьшить общую массу привода, а удлиненный вал электродвигателя с маховиком и выходной вал электропривода имеют большую суммарную длину, что заметно увеличивает осевые габариты, а тем самым и массу всего агрегата.

Известен также электропривод [2], объединяющий в едином корпусе конструктивно-независимые блоки асинхронного электродвигателя цилиндрической формы исполнения и электромагнитных муфт сцепления и торможения. Этот электропривод, так же как и [1], имеет увеличенные осевые габариты и массу, что связано с независимым конструктивным оформлением его основных блоков.

По технической сущности наиболее близким к заявляемому изобретению является электропривод [3], содержащий асинхронный электродвигатель и электромагнитные муфты сцепления и торможения с магнитопроводами их магнитных систем и катушками возбуждения, объединенные в общем корпусе электропривода, в котором размещены ротор электродвигателя с установленными на нем маховиком и магнитопроводом с короткозамкнутой обмоткой, подшипники ротора, магнитопровод статора с обмоткой возбуждения, выходной вал и подшипники выходного вала.

Недостатками известного электропривода являются увеличенные габариты и масса, что связано с использованием отдельного конструктивно-независимого электродвигателя цилиндрической формы исполнения и отдельного блока электромагнитных муфт сцепления и торможения. Кроме того, выходной вал электропривода вынесен за пределы электродвигателя, что еще более увеличивает осевые размеры агрегата. В этом электроприводе предусмотрено устройство для перемещения ротора электродвигателя в осевом направлении, что усложняет конструкцию, а само перемещение ротора в осевом направлении может привести к ухудшению энергетических показателей электродвигателя.

Электропривод данной конструкции имеет ограниченную область применения. Его затруднительно использовать в качестве встроенного оборудования, например, в системах автоматики или станкостроении.

Вместе с тем, известны и находят все большее применение асинхронные электродвигатели торцового типа [4], отличающиеся малыми осевыми габаритами, меньшей материалоемкостью и дополнительными возможностями для встраивания в исполнительные устройства.

Кроме того, известны и получили распространение, в частности, в станкостроении, электромагнитные муфты скольжения и тормоза с массивным стальным якорем [5], обладающие определенными достоинствами в сравнении с электромагнитными муфтами многодисковых конструкций.

Сочетание в едином агрегате достоинств торцового электродвигателя и электромагнитных муфт скольжения позволяет значительно сократить общую массу и габариты всего электропривода, упростить его конструкцию и техническое обслуживание, улучшить компоновку и внешний вид изделий, в которых найдут применение электроприводы этого типа.

Заявляемое изобретение решает задачу создания компактного электропривода малых габаритов и массы, повышения его эксплуатационной надежности и удобства в обслуживании, а также расширения технологических возможностей и сферы применения.

Это достигается тем, что в электроприводе для повторно-кратковременной работы, содержащем асинхронный электродвигатель и электромагнитные муфты сцепления и торможения с магнитопроводами их магнитных систем и катушками возбуждения, объединенные в общем корпусе электропривода, в котором размещены ротор электродвигателя с установленными на нем маховиком и магнитопроводом с короткозамкнутой обмоткой, подшипники ротора, магнитопровод статора с обмоткой возбуждения, выходной вал и подшипники выходного вала, в отличие от прототипа, асинхронный электродвигатель имеет торцовую форму исполнения, корпус электропривода образован базовым щитом корпуса и присоединенным к нему щитом статора, выходной вал имеет центральный диск, на котором размещены катушка возбуждения и магнитопроводы магнитной системы электромагнитной муфты сцепления, и два цилиндрических участка по обе стороны от центрального диска, на одном из которых установлены подшипники выходного вала, закрепленные в опорном стакане базового щита корпуса электропривода, а на другом установлены подшипники ротора торцового асинхронного электродвигателя, которые охвачены опорным стаканом корпуса ротора и размещены внутри кольцевой области, ограниченной магнитопроводами статора и ротора, корпус ротора имеет кольцевую расточку, в которой закреплен магнитопровод ротора с короткозамкнутой обмоткой, радиальные вентиляционные каналы и массивный кольцевой обод-маховик, охватывающий с малым зазором магнитопроводы магнитной системы электромагнитной муфты сцепления; электромагнитная муфта торможения, включающая опорный фланец, катушку возбуждения и магнитопроводы магнитной системы, размещена на кольцевом выступе базового щита корпуса электропривода с наружной его стороны, охватывающим подшипники выходного вала, а ее магнитопроводы охвачены с малым зазором кольцевым ободом диска торможения, закрепленного на концевом участке выходного вала.

Магнитопровод статора, установленный на щите статора, выполнен съемным и включает переходное кольцо, в кольцевой расточке которого закреплен витой пакет с обмоткой возбуждения, резьбовые втулки, закрепленные в переходном кольце, регулировочные прокладки в форме шайб, охватывающих резьбовые втулки и размещенные с внутренней стороны щита статора между опорными поверхностями переходного кольца и щита статора, а также крепежные винты к щиту статора.

Магнитопроводы магнитных систем муфт сцепления и торможения унифицированы и имеют форму колец с чередующимися зубцами и пазами.

На выступающем участке опорного стакана корпуса ротора со стороны щита статора установлен упорный подшипник, входящий в кольцевую расточку щита статора и опирающийся на торцы установленных винтов, ввернутых в щит статора с наружной стороны.

Выходной вал электропривода выполнен полым и имеет два внутренних шлицевых участка, а на его наружной поверхности, охваченной подшипниками ротора, выполнен продольный паз, в котором размещены монтажные провода, соединенные с выводами катушки возбуждения муфты сцепления и контактными кольцами, размещенными на концевом участке вала.

Выполнение магнитопровода статора съемным упрощает технологию изготовления его обмотки и облегчает ремонтно-восстановительные работы.

Введение в конструкцию регулировочных прокладок между опорными поверхностями щита статора и переходного кольца его магнитопровода облегчает процесс сборки и наладки электропривода для достижения требуемого осевого зазора между рабочими поверхностями магнитопроводов ротора и статора. Установкой упорного подшипника на выступающем участке опорного стакана корпуса ротора в сочетании с упирающимися в его неподвижное кольцо установочными винтами достигается точная регулировка зазора при эксплуатации электропривода. Кроме того, упорный подшипник воспринимает осевую силу притяжения между магнитопроводами статора и ротора, что уменьшает нагрузку на подшипники выходного вала и подшипники ротора.

Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором дан продольный разрез электропривода.

В базовый щит 1 корпуса электропривода запрессован цилиндрический стакан 2, в котором установлены два радиально-упорных подшипника 3 и 4, разделенные дистанционной втулкой 5, размещенной на выходном валу 6, базирующемся на этих подшипниках.

Осевой натяг подшипников 3 и 4 обеспечивается подбором длины втулки 7, которая опирается на наружное кольцо подшипника 3 и тарельчатые пружины 8, размещенные в стакане 2 между втулкой 7 и подшипником 4.

Средняя часть выходного вала 6 выполнена в виде центрального диска 9, на котором установлена катушка возбуждения 10 и магнитопроводы 11 и 12 электромагнитной муфты сцепления, имеющие форму колец с чередующимися пазами и зубцами. Магнитопроводы 11 и 12 охвачены с малым зазором кольцевым ободом-маховиком 13 корпуса ротора 14 торцового асинхронного электродвигателя. Ротор 14, несущий магнитопровод 15 с короткозамкнутой обмоткой, установлен на двух радиально-упорных подшипниках 16 и 17, закрепленных на выходном валу 6 и разделенных дистанционной втулкой 18. Осевой натяг подшипников 16 и 17 обеспечивается пружинами 19 и кольцом 20, размещенным в опорном стакане 21 корпуса ротора 14.

Выводы катушки возбуждения 10 монтажными проводами 22, размещенными в пазу выходного вала 6, соединены с контактными кольцами 23 и 24, закрепленными через посредство втулки 25 на концевом участке вала 6. Пластмассовый корпус щеткодержателя 26 крепится винтами 27 к щиту статора 28. В кольцевую расточку щита статора 28 входит упорный подшипник 29, установленный на выступающем участке опорного стакана 21 корпуса ротора. Одно из колец подшипника 29 опирается на буртик стакана 21, а второе - на торцевые поверхности установочных винтов 30, ввернутых в щит статора с наружной стороны.

Магнитопровод статора, включающий витой пакет 31 с обмоткой возбуждения, закрепленный в переходном кольце 32, снабженном резьбовыми втулками 33 с надетыми на них регулировочными прокладками 34, закреплен на щите статора 28 с помощью винтов 35 так, что между рабочими поверхностями магнитопроводов статора и ротора образован малый зазор Δ. Величина зазора Δ при сборке обеспечивается за счет подбора толщины прокладок 34, а в процессе эксплуатации регулируется воздействием на подшипник 29 с помощью установочных винтов 30.

С наружной стороны базового щита корпуса электропривода на выступающем кольцевом участке закреплен фланец 36 муфты торможения, на котором установлены катушка возбуждения 37 и магнитопроводы 38 и 39 той же конструкции, что и магнитопроводы 11 и 12. Наружные поверхности магнитопроводов 38 и 39 с малым зазором охвачены кольцевым ободом диска торможения 40, закрепленным на концевом участке выходного вала 6. Поверхность ступицы диска торможения может служить базой для установки на диск приводного шкива к исполнительному механизму. Подвод тока к катушке 37 осуществляется через монтажные провода 41, соединенные с выводами катушки 37.

Выходной вал 6 электропривода выполнен полым и имеет внутренние шлицевые участки 42 и 43 для соединения с исполнительными устройствами.

К щиту статора 28 и базовому щиту 1 корпуса электропривода крепятся защитные крышки 44 и 45, предохраняющие электропривод от попадания посторонних предметов.

В конструкции электропривода предусмотрена самовентиляционная система охлаждения тепловыделяющих элементов, включающая радиальные каналы 46 в корпусе ротора, вентиляционные лопатки 47 на его ободе-маховике и отверстия, выполненные в щите статора, базовом щите корпуса электропривода, а также во вращающихся элементах конструкции и защитных крышках.

Электропривод для повторно-кратковременного режима работы функционирует следующим образом.

После подключения обмотки статора к сети создается вращающееся магнитное поле, которое, взаимодействуя с токами короткозамкнутой обмотки ротора, создает вращающий момент, приводящий ротор в непрерывное вращение относительно заторможенного выходного вала 6.

При подаче напряжения по цепи щетки-кольца - катушка возбуждения муфты сцепления в ее якоре, роль которого выполняет обод-маховик 13 корпуса ротора, наводится ЭДС и возникают вихревые токи. В результате взаимодействия этих токов с магнитным полем катушки возбуждения 10, закрепленной на центральном диске 9 выходного вала 6, последний приводится во вращение и передает вращение связанным с ним через шлицевые соединения исполнительным устройствам. При снятии напряжения с катушки возбуждения 10 электромагнитной муфты сцепления и подаче напряжения на катушку возбуждения 37 электромагнитной муфты торможения в ободе диска торможения 40 возникают вихревые токи, взаимодействие которых с магнитным полем катушки 37, неподвижно установленной на базовом щите корпуса электропривода, приводит к затормаживанию выходного вала 6, а следовательно, к остановке исполнительных устройств.

В дальнейшем работа электропривода осуществляется в описанном повторно-кратковременном режиме. Управление работой электропривода, а также регулировка частоты вращения выходного вала осуществляется от схемы управления.

Предлагаемая конструкция электропривода компактна, малогабаритна, удобна в обслуживании. Она допускает присоединение к электроприводу до трех исполнительных устройств. Вместе с тем ее можно использовать для установки на длинных валах между их опорами, а также встраивать в корпуса исполнительных устройств, что расширяет технологические возможности электропривода.

Литература
1. В.Г. Бродягин, С.Ю. Поливанов, Ю.В. Якимишин. Электроавтоматика и электропривод швейных машин и полуавтоматов. - М.: Легкая индустрия, 1977. - С. 27-29.

2. Авторское свидетельство СССР SU 937568, D 05 В 69/10, 1982 г., бюл. 23 /Г. А. Перцовский, В.Г. Бродягин, В.П. Полухин и др. "Привод швейной машины".

3. Авторское свидетельство СССР SU 1118726, D 05 В 69/10, 1984 г., бюл. 38 /В.З. Шнайдер, Г.З. Шнайдер, Е.А. Панфилов, Г.А. Перцовский, В.Г. Бродягин, А.В. Михайлов, А.П. Лобов "Привод швейной машины" (прототип).

4. Патент RU 2140700 С1, MKU 6 H 02 К 5/173, 5/16, 17/16, 1999 г., бюл. 30 /В.И. Загрядцкий, Е.Т. Кобяков, Е.П. Сидоров "Торцовая электрическая асинхронная машина".

5. Поздеев А.Д., Розман Я.Б. Электромагнитные муфты и тормоза с массивным якорем. - М. - Л.: Государственное энергетическое издательство, 1963. - 104 с.

Электропривод относится к электротехнике и отраслям машиностроения и приборостроения, в которых используются устройства и механизмы с повторно-кратковременным режимом работы, в частности к электроприводам швейного, обувного, текстильного и других производств. Оно может найти применение в системах автоматики, а также в станкостроении при создании устройств, требующих частого включения - отключения и решает задачу создания компактного электропривода малых габаритов и массы, повышения его эксплуатационной надежности и удобства в обслуживании, а также расширения технологических возможностей и сферы применения. Электропривод создан на основе применения принципа конструктивного совмещения путем объединения в едином корпусе асинхронного электродвигателя торцевого типа и электромагнитных муфт сцепления и торможения, работа которых основана на взаимодействии вихревых токов, создаваемых в якорях муфт, с магнитными полями их катушек возбуждения. Причем магнитная система муфты сцепления размещена на центральном диске выходного вала, установленного на подшипниках базового щита корпуса электропривода, и отделена малым кольцевым зазором от обода-маховика ротора электродвигателя. Ротор установлен на подшипниках, размещенных на выходном валу, а его обод-маховик выполняет функцию якоря муфты сцепления. При подключении к сети обмотки катушки возбуждения муфты сцепления вращающийся ротор электродвигателя приводит во вращение выходной вал. Магнитная система муфты торможения размещена снаружи базового щита корпуса электропривода и отделена малым воздушным зазором от кольцевого обода диска торможения, закрепленного на выходном валу. При отключении от сети катушки муфты сцепления и подключении к сети катушки муфты торможения выходной вал затормаживается. В конструкции электропривода предусмотрена возможность регулировки рабочего осевого зазора между поверхностями магнитопроводов статора и ротора за счет того, что конструкция магнитопровода статора выполнена съемной и содержит регулировочные прокладки, а на опорном стакане корпуса ротора размещен упорный подшипник, входящий в расточку щита статора и опирающийся на торцевые поверхности установочных винтов, ввернутых в щит статора. С целью охлаждения тепловыделяющих элементов электропривода в процессе его работы предусмотрена самовентиляционная система охлаждения, включающая ряд вентиляционных каналов, вентиляционные лопатки на ободе-маховике ротора и отверстия для подвода и выхода воздушных потоков. 5 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Электропривод для повторно-кратковременного режима работы, содержащий асинхронный электродвигатель и электромагнитные муфты сцепления и торможения с магнитопроводами их магнитных систем и катушками возбуждения, объединенные в общем корпусе электропривода, в котором размещены ротор электродвигателя с установленными на нем маховиком и магнитопроводом с короткозамкнутой обмоткой, подшипники ротора, магнитопровод статора с обмоткой возбуждения, выходной вал и подшипники выходного вала, отличающийся тем, что асинхронный электродвигатель имеет торцевую форму исполнения, корпус электропривода образован базовым щитом корпуса и присоединенным к нему щитом статора, выходной вал имеет центральный диск, на котором размещены катушка возбуждения и магнитопроводы магнитной системы электромагнитной муфты сцепления, и два цилиндрических участка по обе стороны от центрального диска, на одном из которых установлены подшипники выходного вала, закрепленные в опорном стакане базового щита корпуса электропривода, а на другом - установлены подшипники ротора торцевого асинхронного электродвигателя, которые охвачены опорным стаканом корпуса ротора и размещены внутри кольцевой области, ограниченной магнитопроводами статора и ротора, корпус ротора имеет кольцевую расточку, в которой закреплен магнитопровод ротора с короткозамкнутой обмоткой, радиальные вентиляционные каналы и массивный кольцевой обод-маховик, охватывающий с малым зазором магнитопроводы магнитной системы электромагнитной муфты сцепления, электромагнитная муфта торможения, включающая опорный фланец, катушку возбуждения и магнитопроводы магнитной системы, размещена на кольцевом выступе базового щита корпуса электропривода с наружной его стороны, охватывающем подшипники выходного вала, а ее магнитопроводы охвачены с малым зазором кольцевым ободом диска торможения, закрепленного на концевом участке выходного вала. 2. Электропривод по п.1, отличающийся тем, что магнитопровод статора, установленный на щите статора, выполнен съемным и включает переходное кольцо, в кольцевой расточке которого закреплен витой пакет с обмоткой возбуждения, резьбовые втулки, закрепленные в переходном кольце, регулировочные прокладки в форме шайб, охватывающих резьбовые втулки и размещенных с внутренней стороны щита статора между опорными поверхностями переходного кольца и щита статора, а также крепежные винты к щиту статора. 3. Электропривод по п.1, отличающийся тем, что магнитопроводы магнитных систем муфт сцепления и торможения унифицированы и имеют форму колец с чередующимися зубцами и пазами. 4. Электропривод по п.1, отличающийся тем, что на выступающем участке опорного стакана корпуса ротора со стороны щита статора установлен упорный подшипник, входящий в кольцевую расточку щита статора и опирающийся на торцы установочных винтов, ввернутых в щит статора с наружной стороны. 5. Электропривод по п.1, отличающийся тем, что выходной вал электропривода выполнен полым и имеет два внутренних шлицевых участка, а на его наружной поверхности, охваченной подшипниками ротора, выполнен продольный паз, в котором размещены монтажные провода, соединенные с выводами катушки возбуждения муфты сцепления и контактными кольцами, размещенными на концевом участке вала. 6. Электропривод по п.1, отличающийся тем, что поверхность ступицы диска торможения служит базой для установки на диск приводного шкива к исполнительному механизму.