Электрическая машина Советский патент 1980 года по МПК H02K41/02 

. 1

Изобретеиле относится к электромшиикрстроению, а в частности к электрическим машинам, обеспечивающим дв независимых вида движения.

Известна электрическая машина, у Которой полюса статора и ротора снабжены винтовой нарезкой, обеспечивающей винтовое движение ротора при неподвижно закрепленном статоре l .

Эта машина не позволяет получать Два. независимых вида движения, например быстрое вращение ротора в одной плоскости и медленное вращение статора в плоскости, перпендикулярной первой.

Известна также электрическая машина, ,5 например асинхронная, содержащая статор, на рабочих поверхностях которого выполнены винтовые нарезки, и снабженный подшипниками ротор, ось которого перпендикулярна оси вращения статора, 20 а на рабочих поверхностях его имеются винтовые нарезки 2 .

У этой машины на быстро вращающемся роторе имеется обмотка и соответственно

коллектор или кольца, что снижает ее надежность и повышает ее стоимость, Вызыва.ет также определенные трудности выполнение на основе этого наьгбрлее простой модификации электрической машины - асинхронного типа..

Цель изобретения - повышение надежности и упрощение конструтщии.

Указанная цель достигаеа-ся тем, что ротор выполнен в виде полого цилиндра, состоящего из несвязанных между собой продольных зубцов, которыми размещены электропроводящие стержни, соединенные по торцам цилиндра электропроводящими кольцами, а в полости ротора размещен неподвижный индуктор с обмотками.,

На ф№. 1 изобран ;ена машина с одним снятым полюсом, общий вид; на фиг. 2 разрез А-А на фиг. 1 (при наличии обоих ПОЛ.ЮСОВ на статоре); на фиг. 3 - машина при снятых полюсах статора, продольный разрезу на фиг. 4 - поль1й цилиндр ротоpa без и замыкающих торцовых колец. Электр11Ческая машина содержит полюса 1 и 2 статора (понятие статор здес как и у известной машины двойного движения, условно - эта часть машины также движется, но относительно медленно), прикрепленные к ободу колеса 3, установленного на валу 4, вращающегося в подшипниках 5. На внутренней поверхности полюсов 1 и 2 нанесена винтовая .нарезка 6. На валу 7, неподвижно закрепленном в стойках 8 и 9, укреплена внутрегшяя неподвижная часть машины 10, в пазах которой уложена внутренняя неподвижная часть машины 10, впазах которой уложена обмотка. 11, связанная через токоподводы 12, проходящие внутри вала 7. и вдоль стойки 9, с клеммами 13. На обоих концах вала 7 внутри пространства, ограниченного стойками 8 и 9, установлень опорно-осевые подти НИКИ 14 и 15, на наружные обоймы кото рых насажен полый цилшздрический рото 16, состоящий из магнитно не связанных между собой зубцов 17 (сплошных или набранных, йё магнитопроводящих листов) , на нарулшой поверхности которых выполнена ыштовая нарезка 18, аналогич ная нарезке 6 на полюсах 1 и 2, и токопроводящих стержней 19, уложенных (например, залитых), в пространстве меж ду зубцами 17 (в пазах ротора 16) и замкнутых с обоих торцов ротора 16 гокопроводящими кольцами 2О и 21. Вы попнение ротора 16 легко осуществить, например, установив в соответствующий KOKifflb магнитопроводящие зубцы 17 С наружной винтовой нарезкой 18 и залив кокиль токопроводящим материалом с внутренним и наружным припусками и последующей проточкой по обеим поверхйостям ротона 16. При выцопнении наиболее простой модификации предлагаемой машины - асинхро1шой лолюса 1 и 2 выполняют роль спинки вторичной машины. При подаче многофазного напрян ения к клеммам 13 токи в обмотке 11 создадут вращающийся магнитный поток, проходящий по пути (штрих-пу {кт1ф на фиг, 2); внутрен няя неподвижная часть машины 1О, вкут ренн.ий воздушный, зазор, зубцы 17 поло цилиндрического ротора 16, их высту71ы винтовой нарезки 18, внешний воздушны зазор, выступы винтовой нфезки 6 полюса (например, полвоса 1), спинка полю 1, спинка полюса 2, снова выступь виновой нарезки 6 полюса 2, снова внешний воздушный зазор, выступы винтовой нарезки 18, зубцы 17 ротора 16, снова внутре шйй воздушньхй зазор и, замыкая путь, снова внутренняя неподвижная часть машины 10, Взаимодействие вращающегося потока, создаваемого обмоткой 11 с токами.в коротковамкнутой клетке, образуемой стержнями 19 и замыкающими кольцами 20 и 21, приводит во вращение ротор 16. При этом возникает изменение магнитной энергии си во внешнем воздушном зазоре между выступами винтовых нарезок 18 (ротора 16) и 6 ( полюсов 1 и 2) и появляется касательное усилие, пропорцибнальное - , где - относительное смещение уйомянутых выступов. Но ротор 16 вдоль своей оси перемещаться не может из-за наличия опорно-осевых подшипников 14 и 15, под воздействием указанного касательного усилия начинают перемещаться полюса 1 и 2 и поворачивать колесо 3 вместе с рабочим валом 4 в подшипни ках 5 с моментом, примерно равным моменту , возникающему. на внутренней поверхкости ротора 16, умноженному на произведение отношения длины окружности поверхности ротора 16 к шагу винтовой нарезки 18 (б), и отношения радиуса колеса 3 к радиусу ротора 16 это произведение может достигать весьма значительной величины. При необходимости можно установить вокруг колёса 3 несколько роторов 16 с внутренними неПОДВИЖНЫМИ частями 10 и получить требуемый момент в заданном габарите. Аналогично могут быть выполнены модифика1.ши машины двойного движения с промежуточным ротором синхрогшого и автосинхронного (постоянного тока) типов. В Этом случае колесо с прикрепленными полюсами практически остается таким же, внутренний статор - также, но полы.й цилитэдр ротора выполняется из магнитно-разделенных ПОЛЕОСОВ, на наружной поверхности которых нарезается винтовая нарезка. Полюсы возбуждаются размещенными на них обмотками тогда ток возбуждения к этим обмоткам подается с помощью двух колец и щеток, либо через кольцевой трансформатор сельсинного типа (при установке на роторе вращающихся вьшрямительных элементов), либо, предпочтительней, поток возбуждения подводится к этим полюсам от неподвижных обмоток возбуждения аналогично, например, системе подачи потока в бесконтактном сельсине. Для синхро ной машины вывод обмотки внутреннего статора к клеммной коробке производится совершенно аналогично разобра1шому выше для асинхронной машины; для автосинхронной (постоянного тока) машины отличие состоит только в том, что на клеммную коробку выводятс5 все коммутируемые секции якоря и на валу внутрен него статора устанавливается датчик пол жения, управляемый коммутатором, переключающим секции якорной обмотки в функции их положения относительно полюс ротора. Если при этом установить на яко так называемую двухфункциональную об мотку, у которой коммутатор подключает секции, в данный момент находящиеся против полюсов, к якорной цепи, а секции, находяшиеся в межполюсном прост-, ранстве, к деПи. возбуждения, то отпадает необходимость в установлёшш обмотки возбуждения на роторе или подведении к его полюсам потока извне. . Преимущества введения промежуточного ротора представляются существенными и в этом случае. Используются традиционные для электромашиностроения основные узлы фазный ротор асинхронной машины или ротор мадцинь( постоянного тока с якорной обмоткой, но без коллектора (возможно и использование кольца на роторе и щетки без полупроводниковых коммутаторов и датчиков папожения, но надежность такого решения ниже). Для синхронной машины снимакэтся затруднения, которые могло вызвать применение колец и шеток в якорной цепиособенно для высоковольтных машин. В модификации с промежуточном ротором не только сохраняются все достоинства прямого выхода якорных обмоток во внеш нюю цепь, но и возникает дополнительная возможность при наличии значительного количества разделысых якорей у одного агрегата включать из обмотки по желанию, например, последовательно, с целью повышения общего напряжения. Для автосинхронной (постоянного тока машины введение промежуточного-ротора и выполнение якоря неподвийжым создает возможность выполнения машины бескол.лекторной, что весьма затруднительно при вращающемся якоре по ранее разоб- ранной модификации. Идентичность выполнения полюсов, i расположенных на колесе, для всех разобранных типов машин позволяет осуществить и комбинировать привод - часть промежуточных роторов у одного и. того же колеса обеспечивает ас шхронный режим, часть - синхронный, и, возможно, часть - режим привода постошшого тока, может быть и надсшофонньп1 иди обеспечивающий необходимый диапазон регуглирования. Возможен и промежуточный ротор с пусковой обмоткой, например при расположении в межполюсном пространстве синхронного ротора зубцов и корот козамкнутой клетки. Экономический эффект от выполнения тихоходного бвзредукторного привода на базе предложенного изобрете1шя должен составить весьма существенную сумму, если учесть распространенность таких цриводов и снижение металлоемкости, массы активных материалов, а также резкое повьтшенИе надежности в эксплуатации. Формула изобретения Электрическая машина, например асинхронная, содержащая статор, на рабочих поверхностях которого выполнены винтовые нарезки, и снабженный подшипниками ротор, ось которого перпендикулярна оси вращения статора, а на рабочих поверхностях его имеются винтовые нарезки, о т л и ч а ю щ а я с я тем, что, с целью повышения надежности и упрощения конструкции, ротор выполне в видеполого цилиндра, состоящего из несвязанных между собой продольнь1х зубьев, между которыми размешены электропроводящие , соединенные по торцам цилиндра электропроводящими кольцами, а в полости ротора размещен неподвижнъ1й индуктор с обмотками. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Патент Япошш № 2О969, л. 55 А 442, 1971. 2.Авторское свидетельство СССР о заявке Х 2455951/24-О7, 23.02.77,

т /////////л