ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ МАШИНА С МУЛЬТИПЛИКАТОРОМ Российский патент 2016 года по МПК F16H25/06 H02K7/116 F03D7/04 

Изобретение относится к электроэнергетике и машиностроению, в частности к устройствам, преобразующих кинетическую энергию воздушных масс в электрическую, и предназначено для использования в ветроэнергетических установках высокой мощности.

Известны энергетические установки высокой мощности, состоящие из ветротурбины с осью, мультипликатора с входным и выходным валами и электрогенератора, подключенными так, что ось ветротурбины соединена с входным валом мультипликатора, а его выходной вал с ротором электрогенератора фирм «Vestas»V112-3,0MW; «Nordex»-N80/2500; «Simens» - SWT-2,3-82; «Senvion» (См. http://www.thefuturebuild.com/assets/images/uploads/products/1713/v112-3.0mw offshore uk1.pdf: http://www.nordex-online.com/en/produkte-service/wind-turbines/n90-25-mw.html?no cache=l;

http://www.energv.siemens.com/hq/pool/hq/power-generation/renewables/wind-power/wind%20turbines/Siemens%20Wind%20Turbine%20SWT-2.3-108 EN.pdf;

http://www.senvion.com/fileadmin/user upload/02 WindPowerSolutions/ProductBroc hures/Senvion Product Portfolio EN.pdf), и отечественная установка «Радуга 1» (см. Селезнев И.С. Конструктивные особенности проектируемых ВЭУ «Радуга-1» и «Радуга-250». В сб.: Энергетическое строительство №4. 1990 г. Стр. 22-28).

Недостатком указанных выше энергетических установок является последовательное соединение мультипликатора и электрогенератора, что обусловливает увеличение габаритов.

Известны также волновые передачи с телами качения, обладающие повышенным КПД в режимах редуктора и мультипликатора по сравнению с планетарными передачами. При построении кинематической схемы волновой передачи с телами качения с застопоренным сепаратором возможно одно из колес использовать в качестве обоймы подшипника опорного устройства вращающегося выходного объекта (см. Геращенко А.Н., Постников В.А., Самсонович С.Л. Пневматические, гидравлические и электрические приводы летательных аппаратов на основе волновых исполнительных механизмов. - М.: Изд-во МАИ-Принт, 2002. - 548 с.)

Наиболее близкой по технической сущности к предлагаемому изобретению является электрическая машина с волновой передачей с телами качения, приведенная в патенте авторов Самсонович С.Л., Стеблецов В.Г., Степанов B.C., Константинов С.А. Силовой мини-привод. Патент РФ №2281597. Опубликован Бюлл. №22 за 2006 г., содержащая мультипликатор на основе волновой передачи с телами качения, размещенной коаксиально с электрической машиной с расположением электрической машины внутри волновой передачи.

Недостатком этой конструкции является увеличение габаритов из-за нерациональной компоновки энергетической установки высокой мощности, так как электрогенератор высокой мощности обладает большим наружным и внутренним диаметрами. Это послужило основанием использовать объем его центральной части для размещения мультипликатора, а в волновой передаче с телами качения реализовать большой момент при небольшом наружном диаметре за счет использования многорядного построения тел качения.

Основной задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является выполнение электрической машины с мультипликатором (а именно, электрогенератора) большой мощности (порядка 1 МВА) с высокими малогабаритными и энергетическими показателями для энергетических установок.

Техническим результатом использования данного изобретения является снижение габаритов и массы электрической машины большой мощности с мультипликатором, повышение КПД и снижение стоимости ее изготовления.

Указанный технический результат достигается тем, что мультипликатор с электрогенератором размещены коаксиально с расположением мультипликатора внутри ротора электрогенератора, при этом мультипликатор построен так, что жесткое колесо является составной частью оси турбины и выполнено с наружным зубчатым профилем, сепаратор с телами качения прикреплен к корпусу электрогенератора, волнообразователь выполнен многодисковым, его выходной вал имеет форму цилиндра, наружная поверхность которого является основанием для обмотки ротора электрогенератора, а внутренняя - выполнена из круговых проточек одного диаметра, число которых равно числу дисков, центры соседних круговых проточек смещены относительно продольной оси на одинаковые эксцентриситеты, направленные в разные стороны, при этом каждая из этих проточек имеет канавку, в которой размещены ролики, образующие наборные подшипники, внутренними обоймами которых являются диски, контактирующие с телами качения, расположенными в сепараторе.

Использование волновой передачи с телами качения таким образом, что жесткое колесо выполнено с наружным зубчатым профилем, позволило сократить наружный диаметр, совместив его с осью турбины и расположить внутри волнообразователя. При этом выполнение волнообразователя с выходным валом с круговыми проточками, расположенными внутри вала, позволило реализовать многодисковый волнообразователь с дисками, расположенными внутри вала волнообразователя, а использование наружной цилиндрической поверхности вала волнообразователя в качестве основания обмотки ротора позволило установить ротор электрогенератора без специальных подшипников.

На фиг. 1 изображен продольный разрез электрической машины с мультипликатором.

На фиг. 2 изображен поперечный разрез электрической машины с мультипликатором.

Электрическая машина с мультипликатором состоит из приводной турбины 1 с осью 2, электрогенератора со статором 3 и ротором 4 и мультипликатора, построенного на основе волновой передачи с телами качения, состоящей из входного звена, которым является жесткое колесо 5, промежуточного звена - неподвижного сепаратора 6 с телами качения 7 и выходного звена, которым является волнообразователь с выходным валом 8.

Жесткое колесо 5 является составной частью оси 2 тубрины 1, установлено в подшипниках качения 9 относительно корпуса 10 и снабжено зубчатым профилем 11, расположенным на его наружной поверхности. Сепаратор 6 с телами качения 7 прикреплен к корпусу 10.

Волнообразователь выполнен многодисковым. Его выходной вал имеет наружную цилиндрическую поверхность, которая является основанием для обмотки ротора 4 электрогенератора. Внутренняя поверхность выходного вала волнообразователя 8 выполнена из круговых проточек одного диаметра, число которых равно числу дисков. Длина вала 8 с проточками может быть равна или больше длины обмотки ротора 4. Центры соседних круговых проточек смещены относительно продольной оси на одинаковые эксцентриситеты «е», направленные в разные стороны. Кроме того, в каждой дуговой проточке имеется канавка, в которой размещены ролики 12, образующие наборные подшипники, у которых общей наружной обоймой является выходной вал 8, а внутренними обоймами - диски 13. Внутренние поверхности дисков 13 контактируют с телами качения 7, расположенными в сепараторе 6.

Электрическая машина с мультипликатором работает следующим образом. При вращении турбины 1 (например, ветротурбины) ее ось 2 совместно с жестким колесом 5 вращается в подшипниках 9 относительно корпуса 10. Зубья наружного профиля 11 жесткого колеса 5 взаимодействуют с телами качения 7, которые совершают радиальные перемещения в окнах сепаратора 6 и вызывают вращение дисков 13 волнообразователя. Каждый диск 13 волнообразователя совершает двойное движение. Одно - относительно собственной оси и второе - относительно центральной продольной оси установки по радиусу, равному эксцентриситету «е». Эксцентриковое движение через ролики 12 наборных подшипников передается на выходной вал 8 волнообразователя. Вместе с валом 8 волнообразователя совершает вращательное движение и ротор 4 относительно статора 3 электрогенератора. При этом скорость вращения ротора 4 больше скорости вращения турбины 1 в передаточное число волновой передачи.

Таким образом, коаксиальное расположение мультипликатора внутри электрогенератора и построение мультипликатора на основе волновой передачи с телами качения по схеме с наружным волнообразователем, элементы которой выполнены специальным образом, позволило сделать электрическую машину с мультипликатором компактной за счет размещения мультипликатора внутри электрогенератора, сократив тем самым объем установки на величину объема мультипликатора. Использование волновой передачи с телами качения вышеуказанным образом позволяет уменьшить трение между контактирующими звеньями и увеличить КПД установки.

Совокупность существенных признаков обеспечивает достижение технического результата в виде значительного улучшения массогабаритных и энергетических показателей электрической машины с мультипликатором по сравнению с вариантом традиционного выполнения.

Изобретение относится к электротехнике, а именно к электрическим машинам с волновой передачей. Электрическая машина с мультипликатором содержит корпус 10, статор 3, ротор 4 и волновую передачу в режиме мультипликатора с телами качения 7, причем мультипликатор размещен коаксиально внутри ротора электрической машины. Мультипликатор содержит жесткое колесо 5 с наружным зубчатым профилем, являющееся осью электрической машины, сепаратор 6 с телами качения, прикрепленный к корпусу электрической машины, волнообразователь 8, выполненный многодисковым, с выходным валом в форме цилиндра, наружная поверхность которого является основанием для обмотки ротора электрической машины, а внутренняя - выполнена из круговых проточек одного диаметра, число которых равно числу дисков. Центры соседних круговых проточек смещены относительно продольной оси на одинаковые эксцентриситеты, направленные в разные стороны, при этом каждая из этих проточек имеет канавку, в которой размещены ролики, образующие наборные подшипники, внутренними обоймами которых являются диски, контактирующие с телами качения, расположенными в сепараторе. Технический результат состоит в снижении габаритов и массы электрической машины большой мощности с мультипликатором, повышении КПД и снижении стоимости ее изготовления. 2 ил.

Электрическая машина с мультипликатором, содержащая электрическую машину, включающую корпус, статор, ротор, и волновую передачу в режиме мультипликатора с телами качения, размещенную коаксиально с электрической машиной, отличающаяся тем, что мультипликатор и электрическая машина размещены коаксиально с расположением мультипликатора внутри ротора электрической машины, при этом мультипликатор построен так, что жесткое колесо является составной частью оси приводной турбины и выполнено с наружным зубчатым профилем, сепаратор с телами качения прикреплен к корпусу электрической машины, волнообразователь выполнен многодисковым, его выходной вал имеет форму цилиндра, наружная поверхность которого является основанием для обмотки ротора электрической машины, а внутренняя - выполнена из круговых проточек одного диаметра, число которых равно числу дисков, центры соседних круговых проточек смещены относительно продольной оси на одинаковые эксцентриситеты, направленные в разные стороны, при этом каждая из этих проточек имеет канавку, в которой размещены ролики, образующие наборные подшипники, внутренними обоймами которых являются диски, контактирующие с телами качения, расположенными в сепараторе.