СОЕДИНИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО Российский патент 2009 года по МПК H02K7/118 F04D13/02 F16D3/02 

Область применения изобретения

Настоящее изобретение главным образом относится к соединительным устройствам между ротором синхронного электродвигателя с постоянными магнитами и рабочей частью.

В особенности это изобретение относится к таким соединительным устройствам между ротором синхронного электродвигателя с постоянными магнитами и рабочей частью, которые содержат ведущий элемент, расположенный эксцентрично относительно оси вращения ротора и выполненный за одно целое с первым трансмиссионным компонентом, по меньшей мере один ведомый элемент, также расположенный эксцентрично относительно оси вращения ротора и выполненный за одно целое со вторым трансмиссионным компонентом, который расположен в кинематической последовательности с указанным первым компонентом, при этом ведущий и ведомый элементы расположены в различных, непересекающихся друг с другом местах по оси зоны их перемещения и размещены в различных, непересекающихся друг с другом параллельных плоскостях в герметичной камере.

Уровень техники

Синхронные электродвигатели с постоянными магнитами известной конструкции включают статор с электромагнитом в виде слоистого пакета и соответствующей обмоткой и ротор с постоянными магнитами, расположенный по меньшей мере между двумя полюсами, создаваемыми статором.

В осевом направлении через ротор проходит ось, выполненная с ним за одно целое и установленная с возможностью вращения на подшипниках.

Известно также, что запуск синхронных электродвигателей тем труднее, чем большей инерцией обладает приложенная к ним нагрузка.

Действительно, запуск является переходным процессом, при котором направление вращения, скорость и ток изменяются до тех пор, пока не будет достигнута синхронность.

В этом переходном процессе благодаря переменному магнитному полю, создаваемому статором, возникают колебания ротора, которые, создавая действующий на ротор крутящий момент, стремятся привести ротор в положение, в котором магнитное поле самого ротора синхронизировано с полем статора.

Если во время этих колебаний «виляния» ротор приобретает кинетическую энергию, достаточную для того, чтобы вызвать его хотя бы небольшое смещение из синхронизированного положения, он испытывает дополнительное ускорение, которое заставляет ротор совершать дополнительное вращение, и так то тех пор, пока не будет достигнуто синхронное состояние.

В настоящее время для обеспечения свободных колебаний ротора в пределах некоторого угла поворота на этапе запуска широко применяются механические муфты, установленные между нагрузкой и ротором.

К ним относятся так называемые зубчатые муфты, в которых первый зуб, являющийся ведущим зубом, эксцентричным относительно оси вращения, выполнен за одно целое с осевым концом ротора, а второй зуб, являющийся ведомым зубом, также эксцентричным относительно оси вращения, выполнен за одно целое с нагрузкой.

Таким образом, во время переходного состояния, имеющего место при запуске, на ротор не воздействует инерция нагрузки, что способствует достижению синхронного состояния.

Затем перед соударением зубьев при присоединении нагрузки происходит свободный поворот на заданный угол (обычно на 180 шестидесятиричных градусов), таким образом происходит непосредственное соединение между нагрузкой и ротором, которые при нормальной работе, по существу, представляют собой единое целое.

Таким образом, переходное состояние при свободном повороте позволяет двигателю достигнуть синхронного состояния и развить такой крутящий момент, который позволил бы преодолеть момент инерции нагрузки при запуске.

Известно соединительное устройство между ротором синхронного электродвигателя с постоянными магнитами и рабочей частью, описанное в Европейском патенте №0983630, выданном на имя заявителя настоящей заявки. Указанной устройство содержит по меньшей мере две ведущих муфты, взаимодействующих в кинематической последовательности.

Каждая муфта содержит ведущий элемент, расположенный эксцентрично относительно оси вращения и выполненный за одно целое с трансмиссионным компонентом, по меньшей мере один ведомый элемент, также расположенный эксцентрично относительно оси вращения и выполненный за одно целое с другим компонентом, который расположен в кинематической последовательности с указанным трансмиссионным компонентом.

Ведущий и ведомый элементы по оси расположены в различных, непересекающихся друг с другом местах, а промежуточный трансмиссионный компонент, объединяющий и ведомый элемент и ведущий элемент, помещен между ними для осуществления кинематического соединения, причем осевая протяженность этого промежуточного компонента выбрана таким образом, что он пересекает траектории обоих этих элементов.

На практике компонент, расположенный между ведущим и ведомым элементами, может быть выполнен из резины в виде единой эластичной детали.

Несмотря на то, что кратко описанные выше соединительные устройства между ротором синхронного электродвигателя с постоянными магнитами и рабочей частью имеют различные преимущества, им также свойственны известные недостатки.

Например, основная проблема связана с тем, что при очень больших ускорениях ротора (порядка примерно 16000 рад/сек²) происходят удары между ведущим, промежуточным и ведомым элементами. Ударная волна, распространяющаяся в эластичном элементе, вызывает его преждевременный выход из строя.

Еще одним недостатком известных соединительных устройств является то, что уровень их акустических характеристик, то есть уровень шума при эксплуатации часто является чрезмерным как при запуска двигателя, так и при его работе.

Сущность изобретения

Проблема, лежащая в основе настоящего изобретения, заключается в создании соединительного устройства между ротором синхронного электродвигателя с постоянными магнитами и рабочей частью, способного удовлетворить указанным выше требованиям и преодолеть простым и экономичным путем все вышеуказанные недостатки уровня техники.

Решение поставленной проблемы в настоящем изобретении обеспечено созданием устройства, описанного выше и характеризующегося тем, что указанные ведущий и ведомый элементы функционально соединены кинематическим соединением, осевая протяженность которого обеспечивает его пересечение с указанными параллельными плоскостями в указанной камере и которое содержит по меньшей мере один эластичный элемент, зажатый в указанной камере между нижней стенкой и герметичной крышкой.

Дополнительные свойства и преимущества предложенного соединительного устройства между ротором синхронного электродвигателя с постоянными магнитами и рабочей частью поясняется описанием варианта его выполнения, приведенным со ссылками на приложенные чертежи и являющимся иллюстративным примером, не ограничивающим объем изобретения.

Краткое описание чертежей

Фиг.1 изображает схематично в разобранном виде предложенное соединительное устройство между ротором синхронного электродвигателя с постоянными магнитами и рабочей частью.

Фиг.2 схематично изображает продольный разрез (по линии II-II на фиг.3) устройства, показанного на фиг.1.

Фиг.3 схематично изображает поперечный разрез (по линии III-III на фиг.2) устройства, показанного на фиг.1.

Подробное описание предпочтительного варианта выполнения.

На фиг.1-3 показано предложенное соединительное устройство 11 между ротором синхронного электродвигателя с постоянными магнитами и рабочей частью, например рабочим колесом 17 центробежного насоса.

Ротор, который на чертежах не показан, обычно содержит цилиндрический кольцевидный постоянный магнит, запечатанный в пластмассовый элемент, образующий внутренний хвостовик и оконечные фланцы.

Таким образом, ротор имеет в целом цилиндрическую форму и осевое отверстие, в которое вставлен вал с образованием единого целого с ротором.

Предлагаемое устройство 11 расположено между ротором, а именно между валом, образующим с ротором единое целое, и колесом 17.

Соединительное устройство содержит ведущий элемент 22 и по меньшей мере один ведомый элемент 24, расположенные в герметичной камере 18, выполненной в колесе 17 и закрытой герметичной крышкой 19b.

Более подробно ведомый элемент содержит первый зуб 24а и второй зуб 24b, выполненные за одно целое с колесом 17 и выступающие от нижней стенки 19а камеры 18 в диаметрально противоположных местах.

Камера 18 проходит от колеса 17 к ротору и образует, по существу, цилиндрическую зону 18а перемещения, расположенную между нижней стенкой 19а и крышкой 19b и выполненную в целом круговой.

Герметичность камеры 18 обеспечивает кольцевая прокладка 20, расположенная в гнезде 21а крышки 19b вокруг центрального отверстия 21 самой крышки 19b. Через отверстие 21 проходит вал ротора.

Ведущий элемент 22 выполнен эксцентричным относительно оси вращения ротора и имеет первый зуб 22а, отходящий внутри камеры 18 от хвостовика 23, закрепленного на шпонке на конце вала.

Таким образом, первый зуб 22а выполнен за одно целое с первым трансмиссионным компонентом, образованным ротором.

Ведомый элемент 24, также выполненный эксцентричным относительно оси вращения ротора, имеет зубья 24а и 24b в виде единого целого отходящие от нижней стенки 19а камеры 18 и таким образом выполненные за одно целое со вторым трансмиссионным компонентом, расположенным в кинематической последовательности с указанным первым компонентом, который в данном случае образован колесом 17.

Зубья 22а и 24а, 24b расположены в различных непересекающихся параллельных плоскостях. Более подробно зубья 22а и 24а, 24b функционально соединены кинематическим соединителем 25, осевая протяженность которого обеспечивает его пересечение с указанными параллельными плоскостями в зоне 18а.

Более подробно, в соответствии с одним аспектом изобретения соединитель 25 содержит по меньшей мере один эластичный элемент 25а, предпочтительно выполненный из резины или из синтетической пластмассы и расположенный в зоне 18а перемещения зубьев 22а и 24а, 24b элементов 22 и 24. Кроме того, элемент 25а зажат в камере 18 между дном 19а и крышкой 19b.

Элемент 25а предпочтительно расположен в периферийной цилиндрической части 24с между зубьями 24а и 24b. В примере, показанном на фиг.1-3, угловая протяженность этой части немного превышает прямой угол. Как показано на фиг.1, элемент 25а имеет закругленные кромки.

Угловые размеры зубьев 22а и 24а, 24b ограничены для обеспечения достаточного пространства для размещения элемента 25а. Более точно элемент 25а расположен в камере 18 в периферийной цилиндрической части 24с, угловая протяженность которой больше угловой протяженности элемента 25а.

Возможен также вариант выполнения, не показанный на чертежах, в котором угловая протяженность двух цилиндрических периферийных частей 24с и 24а, ограниченных зубьями 24а и 24b, может быть различной, например угловая протяженность части 24с может быть больше угловой протяженности противоположной части 24d, в которой расположен элемент 25а.

В примере, показанном на чертежах, в часть 24d предпочтительно залито смазочное вещество, предпочтительно силиконовое масло с текучестью 5000 cST.

Что касается зажатого состояния элемента 25а в указанной зоне 18а между дном 19а и крышкой 19b, то следует отметить, что в примере, показанном на фиг.1-3, крышка 19b с защелкиванием вставлена в круговую выемку 30, расположенную на одном конце камеры 18 на высоте относительно дна 19а меньшей осевой протяженности элемента 25а, так чтобы этот элемент был немного сжат.Крышка 19b образует единое целое с колесом 17.

Ниже описана сборка и работа предложенного соединительного устройства между ротором синхронного электродвигателя с постоянными магнитами и рабочей частью.

Сначала в одну из двух цилиндрических частей 24с и 24d, образованных между двумя зубьями 24а и 24b, помещают элемент 25а. Если одна из этих частей имеет меньшую угловую протяженность, то элемент 25а помещают именно в нее.

Затем в камеру 18 свободно вставляют хвостовик 23, так что первый зуб 22а может свободно поворачиваться над зубьями 24а и 24b.

Вслед за этим в выемку 30 вставляют и защелкивают крышку 19b, при этом элемент 25а слегка сжимается, как показано на фиг.2.

Через отверстие 21 в крышке 19b имеется доступ к хвостовику 23 для последующей установки устройства на свободном конце ведущего вала, например, с помощью затяжной шпонки.

Что касается работы предложенного устройства, следует лишь отметить, что при вращении вала ротора первый зуб 22а свободно проворачивается на угол, который может также превысить 180 шестидесятиричных градусов, и входит в контакт с элементом 25а. После этого соударения элемент 25а перед вхождением в контакт с одним из зубьев 24а, 24b может переместиться с трением, обусловленным его сжатием, на величину небольшого углового сектора. Фактически образована упругая система, благодаря чему постепенно демпфируется удар между зубьями 22а и 24а, 24b, два последних из которых изначально неподвижны.

Энергия удара распределяется в сжатом теле элемента 25, на который воздействует усилие сжатия и срезающее усилие зубьев 22а и 24а, 24b. Результаты испытаний показали, что эта ударная энергия в предложенном устройстве распределяется лучше по сравнению с известными устройствами и, помимо этого, отражение ударной волны гасится более эффективно.

Основным преимуществом, достигаемым предложенным соединительным устройством между ротором синхронного электродвигателя с постоянными магнитами и рабочей частью, является то, что оно ограничивает возможный выход из строя эластичного элемента, обеспечивая тем самым очень высокий уровень надежности.

Еще одно преимущество предложенного соединительного устройства заключается в обеспечении превосходной бесшумной работы как при запуске, так и во время эксплуатации в течение всего срока службы двигателя.

Еще одним преимуществом предложенного соединительного устройства является простота его конструкции и небольшие размеры.

Еще одним преимуществом предложенного соединительного устройства является наличие у вала ротора свободы поворота перед тем, как он вступит в контакт с эластичным элементом, на угол, превышающий угол в 180 шестидесятиричных градусов, характерный для известных соединительных устройств, что существенно снижает крутящий момент, необходимый для запуска двигателя, и, следовательно, позволяет использовать менее мощный двигатель.

Еще одним преимуществом предложенного соединительного устройства является возможность использования в качестве смазочного вещества обычного масла, так что нет необходимости в использовании тавота, характерного для известных соединительных устройств.

Очевидно, что возможны некоторые модификации описанного выше соединительного устройства между ротором синхронного электродвигателя с постоянными магнитами и рабочей частью, которые входят в объем патентной охраны предложенного изобретения, ограниченный приложенной формулой изобретения, и которые специалист может выполнить, чтобы удовлетворить возможным конкретным требованиям.

Изобретение относится к области электротехники, а именно к соединительным устройствам между ротором синхронного электродвигателя с постоянными магнитами и рабочей частью. Сущность изобретения состоит в том, что в соединительном устройстве (11) между ротором синхронного электродвигателя с постоянными магнитами и рабочей частью (17), которое содержит ведущий элемент (22), расположенный эксцентрично относительно оси вращения ротора и выполненный за одно целое с первым трансмиссионным компонентом, по меньшей мере, один ведомый элемент (24), также расположенный эксцентрично относительно оси вращения ротора и выполненный за одно целое со вторым трансмиссионным компонентом, который расположен в кинематической последовательности с указанным первым компонентом, при этом ведущий (22) и ведомый (24) элементы расположены в герметичной камере (18) в различных непересекающихся параллельных плоскостях, согласно данному изобретению упомянутые ведущий (22) и ведомый (24) элементы функционально соединены с помощью кинематического соединения (25), осевая протяженность которого обеспечивает его совмещение с указанными параллельными плоскостями в указанной камере (18) и которое содержит по меньшей мере один эластичный элемент (25а), зажатый в указанной камере (18) между нижней стенкой (19а) и запорной герметичной крышкой (19а). Технический результат - обеспечение малого уровня шума при работе синхронного электродвигателя, содержащего ротор с постоянными магнитами. 18 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Соединительное устройство (11) между ротором синхронного электродвигателя с постоянными магнитами и рабочей частью (17), содержащее ведущий элемент (22), расположенный эксцентрично относительно оси вращения ротора и выполненный за одно целое с первым трансмиссионным компонентом, и, по меньшей мере, один ведомый элемент (24), также расположенный эксцентрично относительно оси вращения ротора и выполненный за одно целое со вторым трансмиссионным компонентом, который расположен в кинематической последовательности с указанным первым компонентом, при этом ведущий (22) и ведомый (24) элементы расположены в герметичной камере (18) в различных, не пересекающихся друг с другом параллельных плоскостях, отличающееся тем, что ведущий (22) и ведомый (24) элементы функционально соединены кинематическим соединением (25), осевая протяженность которого обеспечивает его пересечение с указанными параллельными плоскостями в указанной камере (18) и которое содержит, по меньшей мере, один эластичный элемент (25а), слегка зажатый в указанной камере (18) между нижней стенкой (19а) и запорной герметичной крышкой (19а).

2. Соединительное устройство (11) по п.1, отличающееся тем, что камера (18) проходит от рабочей части (17) к ротору и ограничивает по существу цилиндрическую зону (18а) перемещения, расположенную между указанными нижней стенкой (19а) и крышкой (19а) и выполненную круговой.

3. Соединительное устройство (11) по п.2, отличающееся тем, что герметичность камеры (18) обеспечивает кольцевая прокладка (20), расположенная в гнезде (21а) крышки (19b) вокруг ее центрального отверстия (21), через которое проходит вал, образующий одно целое с ротором.

4. Соединительное устройство (11) по п.2, отличающееся тем, что ведущий элемент (22) имеет первый зуб (22а), отходящий от хвостовика (23), закрепленного на конце вала ротора в камере (18).

5. Соединительное устройство (11) по п.1, отличающееся тем, что первым трансмиссионным компонентом является ротор.

6. Соединительное устройство (11) по п.2, отличающееся тем, что ведомый элемент (24) имеет первый зуб (24а) и второй зуб (24b), выполненные за одно целое с рабочей частью (17) и выступающие от нижней стенки (19а) камеры (18) в диаметрально противоположных местах.

7. Соединительное устройство (11) по п.1, отличающееся тем, что второй трансмиссионный компонент представляет собой рабочее колесо (17) центробежного насоса.

8. Соединительное устройство (11) по п.1, отличающееся тем, что эластичный элемент (25а) выполнен из резины.

9. Соединительное устройство (11) по п.1, отличающееся тем, что эластичный элемент (25а) выполнен из синтетической пластмассы.

10. Соединительное устройство (11) по п.6, отличающееся тем, что эластичный элемент (25а) расположен в цилиндрической периферийной части (24с) между зубьями (24а, 24b) ведомого элемента (24).

11. Соединительное устройство (11) по п.10, отличающееся тем, что угловая протяженность указанной цилиндрической периферийной части (24с) несколько превышает прямой угол.

12. Соединительное устройство (11) по п.10, отличающееся тем, что эластичный элемент (25а) выполнен с закругленными кромками.

13. Соединительное устройство (11) по п.6, отличающееся тем, что эластичный элемент (25а) расположен в указанной камере (18) в цилиндрической периферийной части (24с), угловая протяженность которой превышает угловую протяженность эластичного элемента (25а).

14. Соединительное устройство (11) по п.6, отличающееся тем, что угловая протяженность двух цилиндрических периферийных частей (24с, 24d), расположенных между зубьями (24а, 24b) ведомого элемента (24), различается.

15. Соединительное устройство (11) по п.14, отличающееся тем, что эластичный элемент (25а) расположен в цилиндрической периферийной части (24с), имеющей меньшую угловую протяженность.

16. Соединительное устройство (11) по п.6, отличающееся тем, что в одну (24с) из двух цилиндрических периферийных частей, ограниченных зубьями (24а, 24b) ведомого элемента (24), залито смазочное вещество.

17. Соединительное устройство (11) по п.16, отличающееся тем, что в качестве указанного смазочного вещества использовано масло.

18. Соединительное устройство (11) по п.1, отличающееся тем, что крышка (19b) с защелкиванием вставлена в круговую выемку (30), расположенную на одном конце камеры (18) на высоте относительно нижней стенки (19а), меньшей осевой протяженности эластичного элемента (25а), с обеспечением сжатия этого элемента (25а).

19. Соединительное устройство (11) по п.1 в комбинации с тем, что ротор содержит цилиндрический кольцевидный постоянный магнит, запечатанный в пластмассовом элементе, образующем внутренний хвостовик и оконечные фланцы.