ВЫСОКОСКОРОСТНАЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ МАШИНА Российский патент 2005 года по МПК H02K7/10 H02K7/116 

Изобретение относится к области электротехники, в частности к электромашиностроению, и может быть использовано при проектировании высокоскоростных электрических машин.

Известна конструкция высокооборотной электрической машины, содержащей статор и ротор, каждая опора вала которого содержит три подшипника, наружные кольца которых прижаты к опорным шейкам вала, а внутренние кольца расположены на эксцентриковых осях [1].

Недостатком известного устройства [1] является малый срок эксплуатации и низкая надежность работы, обусловленные отсутствием постоянного и равномерного поджима подшипников к опорной шейке вала и, как следствие, увеличивающейся по мере износа контактирующих элементов вибрацией.

Наиболее близким к данному устройству является электрическая машина, содержащая статор, закрепленный в корпусе, и ротор, расположенный на валу, каждая из опор которого содержит, по меньшей мере, три подшипника, внешние кольца которых прижаты к опорной шейке вала с помощью вспомогательного электродвигателя, ротор которого находится в зубчатом зацеплении с установленными в торцевых фланцах эксцентриковыми осями, на которых размещены внутренние кольца подшипников [2].

Недостатком известного устройства [2] является то, что на подшипники действуют значительные силы, которые возникают от неуравновешенных масс на роторе машины и вызывают повышенные вибрационные и радиальные нагрузки. Для преодоления действия этих сил, отжимающих подшипники от шейки вала ротора, ротор вспомогательного электродвигателя должен развивать повышенный крутящий момент, который может быть обеспечен за счет увеличения мощности двигателя и, следовательно, его габаритов. Кроме того, при выключенном вспомогательном электродвигателе геометрическая ось вала ротора машины смещается, т.к. эксцентриковые оси подшипников под действием его веса поворачиваются на величину эксцентриситета, при этом вал ротора "проваливается" под собственным весом между наружными кольцами подшипников. Все это уменьшает срок эксплуатации машины и снижает надежность ее работы.

Техническим результатом, которого можно достичь при использовании данного изобретения, является повышение надежности работы машины и увеличение срока ее эксплуатации.

Технический результат достигается тем, что в высокоскоростной электрической машине, содержащей статор, закрепленный в корпусе, и ротор, расположенный на валу, каждая из опор которого содержит, по меньшей мере, три подшипника, внешние кольца которых прижаты к опорной шейке вала с помощью вспомогательного электродвигателя, ротор которого находится в зубчатом зацеплении с установленными в торцевых фланцах эксцентриковыми осями, на которых размещены внутренние кольца подшипников [2], согласно изобретению ротор вспомогательного электродвигателя каждой из опор вала снабжен установленным на корпусе узлом свободного хода, регламентирующим вращение указанного ротора только в направлении, обеспечивающем прижатие внешних колец подшипников к опорной шейке вала, при этом узел свободного хода может быть выполнен в виде обгонной муфты, ступица которой, являющаяся ее ведомым звеном, жестко соединена с корпусом, а в качестве обоймы, выполняющей функции ее ведущего звена, использован ротор вспомогательного электродвигателя.

На Фиг.1 изображена конструкция электрической машины.

На Фиг.2 поперечное сечение электрической машины.

Высокоскоростная электрическая машина содержит статор 1 (Фиг.1) и ротор 2, посаженный на вал 3, установленный на опорах. Опорная шейка 4 каждого из концов вала 3 расположена между внешними кольцами 5, по меньшей мере, трех подшипников 6, посаженных на эксцентриковые оси 7, установленные в торцевых фланцах 8 и 9 корпуса 10. В корпусе 10 закреплен статор 11 каждого вспомогательного электродвигателя с обмотками 12, ротор 13 которого снабжен зубчатым венцом 14, входящим в зубчатое зацепление с зубчатыми шестернями 15, установленными на эксцентриковых осях 7. Ротор 13 каждого вспомогательного электродвигателя снабжен узлом свободного хода 16, установленным в корпусе 10. Узел свободного хода 16 выполнен в виде обгонной роликовой муфты, ступица 17 которой, являющаяся ее ведомым звеном, жестко соединена с корпусом 10 (Фиг.2), при этом ее обоймой, выполняющей функции ведущего звена, является ротор 13 соответствующего вспомогательного двигателя. Узел свободного хода 16 может быть выполнен по любой из разновидностей самоуправляющихся обгонных муфт, передающих крутящий момент лишь в одном направлении, например, храповыми или самозатягивающимися пружинами.

Устройство работает следующим образом.

Включение электрической машины и вспомогательных электродвигателей сбалансированы таким образом, что крутящий момент на соответствующих роторах 13 всегда направлен в одну сторону - на поджим наружных колец подшипников 6 к опорным шейкам вала 3. Момент прижима сохраняется по мере износа контактирующих поверхностей деталей и при реверсе электрической машины. Этот момент обеспечивает преодоление сил трения покоя во всех контактирующих элементах опоры вала 3. При включении вспомогательного электродвигателя обгонная муфта всегда находится в выключенном положении (т.е. ролики не заклинены) и только самопроизвольно включается при появлении сил (возникающих от неуравновешенных масс, от ударной нагрузки при резонансе и т.п.), превышающих величину силы от крутящего момента на роторе 13 вспомогательного двигателя. Так как ведомым звеном узла свободного хода является ступица обгонной муфты 16, жестко связанная с корпусом 10, то ротор 13, являющийся ее ведущим звеном, самозаторможен заклиненными цилиндрическими роликами. Он не может быть повернут в обратную сторону от направления действия крутящего момента, создаваемого вспомогательным двигателем. При этом имеет место только свободное вращение ротора по стрелке М (Фиг.2). При выбирании зазоров в деталях опоры конца вала 3 обеспечивается постоянный и равномерный поджим наружных колец подшипников 6 к опорной шейке. Вращение ротора 13 условно, и он только слегка проворачивается по мере образовния зазоров, т. к. практически вспомогательный двигатель работает в заторможенном режиме. При выключении соответствующего вспомогательного двигателя наружные кольца 5 подшипников 6 не отходят от опорной шейки вала 3. В зависимости от рода тока ротор 13 вспомогательного двигателя может быть выполнен либо с постоянными магнитами - для машины постоянного тока, либо с обмоткой типа "беличья клетка" - для машин переменного тока. При эксплуатации машины по мере износа вращающихся элементов достаточно лишь слегка поджать усилием от действия крутящего момента на роторе 13 подшипники к опорной шейке вала ротора 3, выбрать их зазоры, преодолев силы трения покоя контактирующих поверхностей. При этом силы, действующие от неуравновешенной массы ротора 3, воспринимаются жесткой самотормозящейся обгонной муфтой. В результате этого снижаются силы трения, действующие на отжим наружных колец 5 подшипников от опорной шейки 4 вала 3. Кроме того, при выключенном вспомогательном двигателе геометрическая ось ротора 2 сохраняет свое положение, т.к. вес ротора 2 не может развернуть эксцентриковые оси 7 подшипников 6 в обратном поджиму направлении (из-за связи с неподвижным корпусом 10). Данная конструкция позволяет исключить заведомо увеличенную нагрузку на поджим подшипников в процессе работы. При этом снижаются вибрационные и радиальные нагрузки на подшипники, и соответственно уменьшается требуемая мощность вспомогательных электродвигателей.

Данное техническое решение показало себя особенно эффективным при испытаниях на разгон роторов до 60000-80000 об/мин. Применение данного устройства позволяет повысить надежность работы и срок эксплуатации электрической машины в 3-4 раза.

Источники информации

1. US 340285, 310-90, 1969 г.

2. SU 610247, Н 02 К 5/16, 1976.

Изобретение относится к электромашиностроению. Высокооборотная электрическая машина содержит статор и ротор, опорная шейка вала которого зажата внешними кольцами, по меньшей мере, трех подшипников, установленных на эксцентриковых осях, входящих в зубчатое зацепление с ротором вспомогательного электродвигателя. Для предотвращения отхода указанных деталей друг от друга по мере их износа введен узел свободного хода, регламентирующий поворот ротора вспомогательного электродвигателя только в направлении, обеспечивающем поджим наружными кольцами подшипников опорных шеек вала. Узел свободного хода, снижающий вибрационные и радиальные нагрузки на подшипники, выполнен в виде роликовой обгонной муфты, ведомое звено которой жестко закреплено на корпусе. Ведущим звеном является ротор вспомогательного электродвигателя. В процессе работы ротор под действием крутящего момента выбирает зазоры, образовавшиеся при износе контактирующих элементов. Технический результат заключается в повышении надежности и увеличении срока эксплуатации электрической машины. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Высокоскоростная электрическая машина, содержащая статор, закрепленный в корпусе, и ротор, расположенный на валу, каждая из опор которого содержит, по меньшей мере, три подшипника, внешние кольца которых прижаты к опорной шейке вала с помощью вспомогательного электродвигателя, ротор которого находится в зубчатом зацеплении с установленными в торцевых фланцах корпуса эксцентриковыми осями, на которых размещены внутренние кольца подшипников, отличающийся тем, что ротор вспомогательного электродвигателя каждой из опор снабжен установленным на корпусе узлом свободного хода, ведущим звеном которого он является, а ведомое звено которого жестко соединено с корпусом, обеспечивающим вращение указанного ротора только в направлении, обеспечивающем прижатие внешних колец подшипников к соответствующей опорной шейке вала.2. Высокоскоростная электрическая машина по п.1, отличающаяся тем, что узел свободного хода выполнен в виде роликовой обгонной муфты.