Короткозамкнутый асинхронный двигатель Советский патент 1946 года по МПК H02K41/25 H02K1/06 H02K17/16 

Многие современвые рабочие машикы, как например, эакалаторы, лкфты, конвейеры, декомпозеры, требуют элвктроп1риводо1В с весьмй малой скоростью вращения-. В свя-зи с этим редукторные механизмы усложняются в изготовлении, установке и зксплоатации, и ве1с и потери ;их достигают миогощратных эна1чений веса и потерь, электродвигателя.

В идее раюсматриваемото электродвигателя - дугового статора, осуществляющего безредукторный привод весьма тихоходнЫХ механизмов, лежит элекФрилеокое подобие этого электродвигателя одному виду механической передачи.

Вследствие этого для более ясных представлений .о1б STOMI электродвигателе необходим О шредварительио остановиться на некоторых положениях, которые хотя и оч-авидны, но в особом их приложении к электродвигателю типа дугового- статора яаводят на новое решение задачи и пОЯ1сняют ато решение.

В редуютюре из цилиндрических или конических -зубчатых колес вьшолняются две функции: 1) изменение угловой око1рости вала и

2) изменение вращающего момента. Без учета энергетических потерь в любом редукторе имеет место равенство

jCO, М,Ш2,(1)

по-казывающее, что во сколько раз снижена угловая скорость oj на ведомом зубчатом колесе, во столько же раз увеличивается на ЭТОМ: колесе . вращающий момент М. Физически это положение ясно из рассмотрения |фиг. 1. Окружное усилие Ft IB зубчатом зацеплении одинаково для малого и больш-ого зубчатых колес. Это -усилие имеет, однако, у колес (разные плечи ri и Г2, и отношение эпих плеч равно отношению угловых скоростей кол-е|с.

Электродвигатель по тип-у дугового статора характерен « расбматриваемом отношении тем:, что он осуществляет те же функции, т. е. те же изменения в крутящем -моменте и угловой скорости, ЧТО и

редуктор.

Де-йств-итель-но, мысленно разрезая окружность характерного для быстроходного электродвигателя м-алополюсвого сташора с каки-м-то номинальным oкpyжiH(ьм усил-ием Ft И, ие меняя других его давны-х.

разгибая его в дуги всё возраста.ющёго .радиуса (фиг. 2), получаем следующее.

Тяговое усилие Ft статскра будет - оставаться неиз1менны1М, момент же ,-Этой силы будет 1р|а1сти дропарцио:нально увеличению радиуса R дуги CTaTOipa.

Угловая iCKOpocTb ш определяется уравнением

V -.,2)

где линейная юкорасть F магнитных полей, ана же синхронная скорость ротора, определяется уравнением

V 2Tf,(3)

где - - полюсный шаг, а f - частота.

Так как величины и/ не изменяются, то линейная скарость V также остается неизмевной. ,При возрастающем радиусе R это оэнач.ает пропорциональное уменьшение угловой скорости ш .

Таким образом при рассматриваемом иреойразовании кругового статора в дуговые статоры радиуса JRi, JRz... R п эти статоры будут удовлетворять уравнению:

Afjcui Мп ш« , (4)

т. е. дуговой статор, как я редуктор, преобразует момент вращения и угловую скорость. Дуговой статор играет при этом как бы. роль ведущей, т. е. быстроходной шестерни, НО развернутой в дугу и имеющей 100% ловерхности-. сцепления, IB отличие от обычнюй круговой механ1ичеокой шестерни, где поверхность сцепления измеряется единицами процентов. BeдoмыLм колесом рассматриваемого своеобразного lpeдyктqpa является ротационный узел рабочей .

TaiKHM образом дуговой статор осуществляет . собой ка1К бы- элеастрическую аналогию редуктора, который доэтому и заменяется таким статором.

Вследствие этого мюжно получить безредукторный цри1вод прокатных станов, шаровых мельниц, шахтнык подъемииков, поршневых KOMinpeccopoB и насосов, а также многих других типов тихоходных рабочих машии. Дуговой статор

сочетает при этО|М М1алое (число полюсов с малым ЧИСЛОМ обо)ротов в минуту, которые он сообщает ободу.

Такой дуговой cTaTOip непримелим, однако, для непосредственного в;ращеш Я . барабанов, шкивов и других цилиндров, ок|ружная скорость которых в метрах в /секунду, приблизительно, меньше 0,07/ (где / - частота). При f 5|ОЯг это значение V 3,5 м/сек.

П редл1а1Пались асинхронные машины, у которых магнитное поле перемещается под некоторым углом к продольной оси дращения ротора.

Можно доказать, чтО как дуговой статор представляет собой электрическую аналогию обьвчного механического редуктора, так и этот двигатель является электричеокой авалогией че1рвя1чного редуктора (фиг. 3), дающего, как известно, Ьозмож ность более резких преобразований Окцрости и получения весьма малых ее значений.

Соглаоно изобретению, в предлагаемом коротко1замкнутом асинхронном Электр од вигателе со ста. тором, магнитное поле которого перемещается под некоторым углом к оси вращени1Я ротора, листы железа статрра расположены в радиальных плоскостях |(а1ксиально), а проводиики обмотки - по дугам окружности статора (тангенциально).

Фигуры 4 - 6 (че|ртежа поясняют сущность Изобретения. Эти фигуры показываю, преДлагаемЫй двигатель В трех проекциях.

Как -видно из фиг. 4 и. 5, дуговой cTaTqp имеет магнитогаровод из вырубок, .пове|рнут1Ы х на 90° относительно их обы1Ч ного положения. Они собраны как ламелИ коллектора. Также П01вернута на 90 обмотка стато(ра, т. е. секции ее не параллельны оси -вращения, а идут по дуге в пазах вырубок -статора. Чередование фаз обмотки вдоль оси- вращения - обьмное. Полюсный шаг может быть выбран любым, в пределах, например, 6 см и более. Число полюсных делений может быть взято ра1вным 2 или более. Рациональнее здесь малые значения этой величины,- например, 2 или 4. Нетрущно (ПОНЯТЬ, что шолучается дуговой статор, у которого магнитное тюле перемещается ее по окружности вращения, а вдоль оси, т. е. вдоль образующей колеса. Такое магнитное поле еще не дает, конечно, эффекта вращения барабана или колеса. Поворот расоматриБаемого дуго. вого Статора на некоторый небольшой угол (фиг. б), на11|ри1мер, на 10° влечет за собой поворот на тот же угол скорости Vу магнитного поля. При этом тоявляется составляющая V, натра1вленная по окружности обода и 1ра1вная Vt Fsin в,(5) где 0 - угол oiOBOipOTia статора. . Колесо ориходит во (вращение с этой составляющей синхронной скоростью. Так KBJK угол 9 может быть ярактически сколь yroinHio малым, то можно йолучить и сколь угодно малую вели1Ч1ину V. Меняя угол в поворота статора, можно получать разные значени-я величины Vp т. е. осуществить электрапривод с 111ла1вао регулируемой скоростью. Его номинальная мощность будет расти пропорционально этой скорости. Из сопоставления фиг. 3 и 4 - 5 ясно, что такой двигатель воспроизводит схему и принципы работы червячного редуктора, Т1. е. является полной электрической аналогией такого -редуктора, который поэтому и аюжет быть заменен этим двигателем - статором. Последний играет здесь роль винта червячной передачи и, подобно такому вииту, испытывает также осевое давление, величина которого определяется уравнением: ВеЛйау cos-рг Vj . 0.981 . 10 Па это осевое давление должен рассчитываться подщионик ротационного узла, в-ращаемого статором. Усилие Fy не ороизвадит работы. Джоулевы потери от короткозамкнупых вторичных токов вдоль дуги мюгут быть снижены надлежащей канотрущией майсивного обода- и его беличьей клетки. Здесь необхоДИ1МО, чтобы осевая составляющая око|рости магнитного поля «е давала этих джоулевых потерь короткого замыкания во вторичной цепи точно так же, как полная скарость магнитных оолей относительно неподв,ижного фазового ротора не вызывает в последнем других потерь, кроме железных. Для возможности 1И13менения угла поворота статора вырубки могут быть вьшолнены по показанной на фиг. 6 форме. При таких вырубках собранный магнитопровод представляет собой усеченный шар, поворот которого на любой угол в вокруг оси z - z не .изменяет установленного зазора. Роторный обод с надлежащей беличьей клеткой также может быть выполнен в ви1де усеченного щара путем непосредственной обточки обода по шаровой поверхности, либо посредством укладки на цилиндрическом ободе наконечников, показанных на фиг. 5. Все указанное сп1р,аведли|во также и для обычного асинхронного электродвигателя, ко;торый выполним также И| с рассматриваемыми свойствами. Предмет изобретения 1.Короткозамкнутый асинхронный электродвигатель, в котором статор выполнен так, что его магнитное поле перемещается под некоторым углом к оси вращения ротора, отличающийся тем, что листы железа статора расположены в радиальных плоскостях (аксиально), а проводники обмотки - по дугам окружности статора (тангенциально). 2.Электродв(игатель по п. 1, отличаю щ и и с я тем. что для плавного регулирования скорости путем поворота статора вокруг диаметральной оси активная сторона железа статора имеет сферическую поверх(ность. 3.Электродвигатель по п. 2, о тличающийся тем, что для реверсироваиия дв1игателя статор выполнен noiBopOTHbiiM в обе стороны от нейтрального положения, при котором поле статора перемещается а-ксиально.

Отв. редактор В. Н. Костров

Ав1629. Подписано к печати 20/11-1948 г. Тираж 500 экз. Цена 65 к. Зак. 304. Типография Госпланиздатз им. Воровского, Калуга

Техн. редактор Г. Ф. Соколв«а

Фиг. 3