АКСИАЛЬНЫЙ КАСКАДНЫЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ПРИВОД С ЖИДКОСТНЫМ ТОКОСЪЕМОМ Российский патент 2013 года по МПК H02K17/34 H02K51/00 

Изобретение относится к аксиальным каскадным электрическим приводам вращательного движения, состоящим, например, из двух однотипных аксиальных асинхронных двигателей, и может найти применение при создании безредукторных аксиальных каскадных электрических приводов с регулируемой скоростью вращения от номинальной до двойной номинальной при постоянном моменте или аксиальных каскадных электрических приводов с удвоенным моментом при постоянной номинальной скорости вращения, а также при использовании любых других типов электрических приводов.

Известные электрические двигатели переменного тока с короткозамкнутым или фазным ротором имеют лишь номинальную скорость вращения и момент на валу [Онищенко Г.Б. Электрический привод. Учебник для вузов - М. РАСХН. 2003. - 320. - ил. ISBN 5-85941-045-Х]. Получение удвоенного момента достигается применением одинаковых двигателей, работающих на один вал, чем повышается масса габаритных показателей электрического привода. Получение удвоенной скорости вращения достигается применением различных редукторов, что усложняет электрический привод, снижает его надежность. Однако применение этих двух способов не решает проблему получения удвоенной скорости вращения при постоянном моменте или удвоенного момента при постоянной скорости в одном устройстве.

Известен асинхронный электрический двигатель переменного тока с короткозамкнутым ротором и статором с фазными обмотками [Копылов И.П. Электрические машины: учебн. для вузов / И.П.Копылов. - 2-е изд., перераб. - М.: Высш. шк., Логос, 2000. - 607 с.]. Такой асинхронный двигатель имеет скорость вращения, определяемую конструкцией двигателя и параметрами питающей сети. Однако такой двигатель не обеспечивает получение удвоенного значения момента на валу при постоянной номинальной скорости вращения или получение удвоенного значения момента при постоянной номинальной частоте вращения.

Известен управляемый каскадный электрический привод, состоящий из двух соосно установленных асинхронных электродвигателей. Статор первого двигателя закреплен неподвижно, а статор второго - с возможностью свободного вращения вокруг вала. Ротор первого электродвигателя имеет возможность свободного вращения вокруг вала, а ротор второго неподвижно закреплен на валу. (Пат. №2173927, 2000 г.).

И для этого устройства присущи недостатки. Электрический привод обеспечивает получение как двойной скорости вращения при постоянном моменте, так и удвоенного момента при постоянной скорости вращения. Однако без использования дополнительных ферропорошковых муфт может происходить неправильная работа привода. Использование стандартного узла питания электропривода может приводить к частой поломке этого узла, особенно при большой мощности электропривода. Все это снижает надежность и вероятность безотказной работы устройства, что может привести к неправильной работе электрического привода.

Задачей изобретения является разработка аксиального каскадного электрического привода с жидкостным токосъемом, обеспечивающего получение необходимых электромеханических характеристик при более надежной работе устройства.

Техническим результатом является получение больших скоростей вращения, близких к двойной номинальной, при номинальном значении величины момента или получение удвоенного момента при номинальной скорости вращения.

Технический результат достигается тем, что аксиальный каскадный электрический привод, содержащий два соединенных соосно электродвигателя, причем магнитные системы двух электродвигателей выполнены аксиальными и расположены в одном корпусе и на общем валу, который горизонтально закреплен в подшипниковых узлах корпуса, причем одной стороной статор одного электродвигателя жестко соединен с корпусом, а на другой его стороне между трехфазной обмоткой и валовым отверстием расположены катушки управляемых муфт, находящиеся напротив двух колец большого и малого диаметров из немагнитного материала расположенного на подшипнике ротора, с другой стороны которого выполнены кольцеобразные щели, свободное пространство которых заполнено ферромагнитным порошком, ротор другого электродвигателя расположен на подшипнике и имеет выступ в виде широкого тонкого кольца из того же материала, что и сам ротор, и заходит в щель большого диаметра ротора другого электродвигателя, обеспечивая при подключении к сети одной катушки управляемой муфты жесткую связь ротора одного электродвигателя с ротором другого электродвигателя, статор которого жестко соединен с валом, причем между ротором одного и ротором другого электродвигателя расположена жестко прикрепленная к валу металлическая деталь в виде полого стакана, выступом заходящая в щель малого диаметра ротора одного из электродвигателей, обеспечивающая при подаче напряжения питающей сети в другую катушку управляемой муфты жесткую связь ротора одного из электродвигателей с общим валом, который является выходным, а на роторе другого электродвигателя расположен выступ из магнитного материала, заходящий в тело ферропорошковой муфты, закрепленной на корпусе электрического привода, кроме того, дополнительно содержащий токосъемное устройство, неподвижная часть которого жестко закреплена на корпусе электрического привода, а подвижная часть установлена на валу и осуществляет подвод электрической энергии для обмотки статора, жестко соединенного с валом.

Аксиальный каскадный электрический привод содержит на валу трехфазное жидкостное токосъемное устройство, установленное на общем валу, закрепленное на корпусе электрического привода и осуществляющее питание статора одного из электродвигателей.

Предлагаемое устройство пояснено чертежом, где на фиг.1 изображен общий вид устройства.

Аксиальный каскадный электрический привод состоит из вала 1, закрепленного на подшипниках 2. Подшипники 2 закреплены на корпусе электрического привода 3. С корпусом 3 жестко соединен статор 4 со своей обмоткой 5 при помощи винтов 6. В статоре 4 расположены катушка 7 и катушка 8 управляемых муфт. На валу 1 установлен ротор 9 со своей обмоткой 10 на подшипнике 11 с возможностью свободного вращения относительно вала 1. В роторе 9 установлены немагнитное кольцо 12 и немагнитное кольцо 13, также имеются кольцеобразная щель 14 и кольцеобразная щель 15 разных диаметров, куда засыпан ферромагнитный порошок 16. На валу 1 жестко закреплена металлическая деталь в виде полого стакана 17, выступом заходящая в кольцеобразную щель 14. На валу 1 установлен ротор 18 со своей обмоткой 19 на подшипнике 20, имеющий возможность свободного вращения относительно вала 1. Ротор 18 имеет выступ 21, выполненный из такого же материала, что и магнитопровод ротора 18, заходящий в кольцеобразную щель 15. На роторе 18 расположен выступ из магнитного материала 22, заходящий в тело ферропорошковой муфты 23, закрепленной на корпусе 3 при помощи винтов 24. Статор 25 со своей обмоткой 26 жестко закреплен на валу 1. На корпусе 3 закреплено жидкостное токосъемное устройство 27 при помощи винтов 28, питающее обмотку 26 статора 25. Причем вращающаяся часть 29 жидкостного токосъемного устройства 27 жестко закреплена на валу 1 и вращается вместе с валом 1.

Принцип работы

Для получения удвоенного значения скорости вращения при номинальной величине вращающего момента необходимо произвести управление электромагнитными муфтами в следующем порядке. Подаем питающее напряжение на катушку 7 электромагнитной муфты и отключаем катушку 8 электромагнитной муфты и ферропорошковые муфты 23. При этом статор 4 остается неподвижным, ротор 9 и ротор 18 соединены вместе и вращаются с асинхронной скоростью относительно статора 4. Статор 25 вместе с валом 1 вращается относительно роторов 9 и 18 с такой же асинхронной скоростью. В итоге получаем на валу 1 удвоенное значение скорости вращения при номинальной величине вращающего момента.

Для получения удвоенного значения момента при номинальной скорости вращения необходимо произвести управление электромагнитными муфтами в следующем порядке. Подаем питающее напряжение на катушку 8 электромагнитной муфты и ферропорошковые муфты 23 и отключаем катушку 7 электромагнитной муфты. При этом статор 4 и ротор 18 остаются неподвижными, а ротор 9, неподвижно соединяющийся с валом 1, и статор 25 вращаются (совместно)с одинаковой асинхронной скоростью. В итоге получаем удвоенный момент на валу 1 от двух асинхронных двигателей при номинальной скорости вращения.

Использование предложенных решений позволит улучшить работоспособность и надежность системы электромагнитных муфт, а также повысить надежность системы питания электрического привода, что улучшит надежность и работоспособность каскадного электрического привода в целом. При наращивании количества двигателей можно будет получать большие значения момента и скорости.

Изобретение найдет применение в промышленности, машиностроении, станкостроении, транспорте и т.д.

Изобретение относится к области электротехники, в частности к аксиальным каскадным электрическим приводам с жидкостным токосъемом, и может быть использовано при создании безредукторных аксиальных каскадных электрических приводов с регулируемой скоростью вращения. Технический результат, достигаемый при использовании данного изобретения, состоит в обеспечении получения больших скоростей вращения, близких к двойной номинальной при номинальном значении величины момента, или получения удвоенного момента при номинальной скорости вращения для различного диапазона мощностей электрического привода при одновременном повышении надежности работы такого привода. Предлагаемый аксиальный каскадный электрический привод содержит два соединенных соосно электродвигателя, причем магнитные системы двух электродвигателей выполнены аксиальными и расположены в одном корпусе и на общем валу, который горизонтально закреплен в подшипниковых узлах корпуса, причем одной стороной статор одного электродвигателя жестко соединен с корпусом, а на другой его стороне между трехфазной обмоткой и валовым отверстием расположены катушки управляемых муфт, находящиеся напротив двух колец большого и малого диаметров из немагнитного материала расположенного на подшипнике ротора, с другой стороны которого выполнены кольцеобразные щели, свободное пространство которых заполнено ферромагнитным порошком. При этом, согласно изобретению, ротор другого электродвигателя расположен на подшипнике и имеет выступ в виде широкого тонкого кольца из того же материала, что и сам ротор, и заходит в щель большого диаметра ротора другого электродвигателя, обеспечивая при подключении к сети одной катушки управляемой муфты жесткую связь ротора одного электродвигателя с ротором другого электродвигателя, статор которого жестко соединен с валом, причем между ротором одного и ротором другого электродвигателя расположена жестко прикрепленная к валу металлическая деталь в виде полого стакана, выступом заходящая в щель малого диаметра ротора одного из электродвигателей, обеспечивающая при подаче напряжения питающей сети в другую катушку управляемой муфты жесткую связь ротора одного из электродвигателей с общим валом, который является выходным, а на роторе другого электродвигателя расположен выступ из магнитного материала, заходящий в тело ферропорошковой муфты, закрепленной на корпусе электрического привода, кроме того, дополнительно содержащий токосъемное устройство, неподвижная часть которого жестко закреплена на корпусе электрического привода, а подвижная часть установлена на валу и осуществляет подвод электрической энергии для обмотки статора, жестко соединенного с валом. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Управляемый каскадный электрический привод, содержащий два соединенных соосно электродвигателя, причем магнитные системы двух электродвигателей выполнены аксиальными и расположены в одном корпусе и на общем валу, который горизонтально закреплен в подшипниковых узлах корпуса, причем одной стороной статор одного электродвигателя жестко соединен с корпусом, а на другой его стороне между трехфазной обмоткой и валовым отверстием расположены катушки управляемых муфт, находящиеся напротив двух колец большого и малого диаметров из немагнитного материала расположенного на подшипнике ротора этого же электродвигателя, с другой стороны которого выполнены кольцеобразные щели, свободное пространство которых заполнено ферромагнитным порошком, отличающийся тем, что ротор другого электродвигателя расположен на подшипнике и имеет выступ в виде широкого тонкого кольца из того же материала, что и сам ротор, и заходит в щель большого диаметра ротора другого электродвигателя, обеспечивая при подключении к сети одной катушки управляемой муфты жесткую связь ротора одного электродвигателя с ротором другого электродвигателя, статор которого жестко соединен с валом, причем между ротором одного и ротором другого электродвигателя расположена жестко прикрепленная к валу металлическая деталь в виде полого стакана, выступом заходящая в щель малого диаметра ротора одного из электродвигателей, обеспечивающая при подаче напряжения питающей сети в другую катушку управляемой муфты жесткую связь ротора этого электродвигателя с общим валом, который является выходным, а на роторе другого электродвигателя расположен выступ из магнитного материала, заходящий в тело ферропорошковой муфты, закрепленной на корпусе электрического привода, кроме того, дополнительно содержащий токосъемное устройство, неподвижная часть которого жестко закреплена на корпусе электрического привода, а подвижная часть установлена на валу и осуществляет подвод электрической энергии для обмотки статора, жестко соединенного с валом.

2. Управляемый каскадный электрический привод по п.1, отличающийся тем, что питание статора одного из электродвигателей осуществляется через трехфазное жидкостное токосъемное устройство, установленное на общем валу и закрепленное на корпусе электрического привода.