Динамо-машины  Электрические машины, экономичность 

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 [ 25 ] 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35

ет возможность выполнения машины бесколлекторной, что весы затруднительно при вращающемся якоре.

Идентичность выполнения полюсов, расположенных на кол для всех разобранных типов машин позволяет осуществить комбинировать привод - часть промежуточных роторов у одного и того же колеса обеспечивает асинхронный режим, часть - синхронный и, возможно, часть - режим привода постоянного тока Возможен и промежуточный ротор с пусковой обмоткой, например при расположении в межполюсном пространстве laquo;синхронного raquo; ротора зубгов и короткозамкнутой клетки.

Определенные достоинства в части технологичности изгото, вления и повышения использования проводниковых материалов имеет конструкция, рассмотренная в [78]. Принципиальные конструктивные схемы показаны на рис. 4.7. На статоре выполнены кольцевые пазы, оси которых совпадают с осью вращения статора, в пазах размещена многофазная обмотка. Обмотка статора модет быть укреплена на жестком каркасе и установлена на неподвижных обоймах с зазором относительно внутренней поверхности пазов. Ротор в данной машине может содержать короткозамкну-тую обмотку или может представлять собой цилиндр из ферромагнитного материала. Наружный слой ротора может быть выполнен из гистерезисного материала. Можно ротор выполнить явно-полюсным, можно каждый ротор снабдить когтеобразной сист

Рис. 4.7. Конструкция МДД: - с двумя полукольцами статора; б - разрез кольца статора

1 ОЙ полюсов и обмоткой возбуждения, ротор может иметь полю-.J из постоянных магнитов.

Кроме того, электрическую машину можно снабдить датчиком P]oжeния ротора и коммутатором, к которому подключить кон-обмотки статора, а управлять коммутатором сигналами датчи-5 положения.

Таким образом, машина может выполнять функции любой известной электрической машины:

асинхронной, тогда обмотка статора многофазная, а ротор - J виде относительно короткого толстостенного стакана из ферро-йгнитного материала по типу laquo;ротора Шенфера raquo; с винтовой дзрезкой на наружной поверхности либо в виде ротора с коротко-;амкнутой клеткой с такой же нарезкой на поверхности ферро-йгнитной части ротора;

синхронной, например гистерезисной, тогда обмотка статора ,нполнена также многофазной, а ротор может выполняться в виде внутреннего ферромагнитного стакана, на наружную поверхность которого навита спираль из гистерезисного материала или за-феплены полукольца (части кольца) со сдвигом относительно ipyr друга, образуя на наружной поверхности ротора винтовую аарезку, либо иного ротора синхронной машины с такой же нарезкой;

постоянного тока, например, с двухфункциональной обмоткой 1на статоре и явнополюсным ферромагнитным ротором с винтовой нарезкой на его наружной поверхности либо с обычной якорной обмоткой на статоре и постоянными магнитами или когтеобразными полюсами на роторе - с винтовой нарезкой на наружной поверхности, чем достигается расширение функциональных возможностей машины.

На рис. 4.7, а изображен общий вид машины со снятой половиной статора (на нижней части условно показаны несколько роторов со стойками, подшипниками и звездочками крепления обмотки при выпо;шении ее неподвижной); на рис. 4.7, б показан Рззрез по А-А (условно показаны не попадающие в разрез тyпицa крепления ферромагнитного стакана ротора и изоляционная звездочка крепления обмотки статора - на стойках ро-

На основной рабочий вал / машины насажена ступица 2, iOTopoH с помощью обечайки 3 укреплен кольцевой (торои- ьный) статор 4 с шихтованными зубцами 5 (шихтовка пока-на на части чертежа) и пазами 6, в которые вложена обмотка зубцах выполнена винтовая нарезка 8. На стойках 9 уста-ll-eHbi подшипники 10, сквозь которые проходит вал 11, на ко-Ром закреплен ротор 12, на наружной поверхности которого Полнена винтовая нарезка 13. Стойки 9 установлены на кольце-или многоугольном основании 14, центрированном относи- о оси вала /. Со стойками 9 жестко связаны звездочки 15,

удерживаюище обмотку 7 неподвижно относительно поворачиваю щихся вокруг оси вала 1 зубцов 5 и спинки статора 16 (в вариан выполнения обмотки 7 неподвижной выводы, проходящие в это варианте через звездочки 75, на рис. 4.7 не показаны).

Ферромагнитный стакан ротора 12 с наружной винтовой нарез кой 13 укреплен на валу 11с помощью ступицы 17. В варианте выполнения обмотки 7 вращающейся вместе со статором ее вы воды проводятся через отверстия в спинке статора 16 на его наружную поверхность. В этом варианте звездочки 15 на стойка 9 не устанавливаются, а обмотка 7 закрепляется в пазах 6. При подключении обмотки 7 к многофазному, например трехфазному напряжению токи в ней создадут вращающееся магнитное поле которое приведет во вращение ротор 12. Взаимодействие винтовых нарезок 8 и 13 приведет к медленному вращению стакана 12 вокруг вала с усилением момента примерно равным лО/И, где D - рабочий диаметр статора (относительно оси вала 1), а h~ шаг винтовой нарезки поверхностей ротора и статора. В такое же число раз снизится частота вращения вала 1 относительно частоты вращения вала 11 ротора 12.

Совершенно аналогично может быть выполнена машина и при других вариантах исполнения. Следует указать, что намотка обмотки 7 на жесткий каркас, связанный со звездочкой, вполне может быть механизирована. Наличие жесткого каркаса из изолированного материала и гарантированные воздушные зазоры между стенками паза и обмоткой 7 может также способствовать выполнению обмотки на повышенное напряжение, облегчать продувку пазов охлаждающим газом и т. п.

Принцип создания в машине редуцированных по скорости движений во взаимно перпендикулярных направлениях нашел свое дальнейшее развитие в [80], где этих направлений три. Фактически это уже МТД - машина тройного движения, позволяющая получить наибольшее возможное редуцирование скорости в одной машине.

У рассматриваемой машины три взаимодействующие части связаны одним магнитным потоком - ротор, статор и внешний магнитопровод перемещаются в трех взаимно перпендикулярны плоскостях; рассматриваемая электрическая машина laquo;тройного движения raquo; использует при создании эффективного безредукторно-го привода все три пространственные координаты. В качестве базовых моделей могут использоваться все известные типы ооь ных электрических машин - асинхронные, синхронные, в числе автосинхронные (постоянного тока).

На рис. 4.8, а изображен схематично общий вид машины (Р рез - для варианта поступательного движения ее выходного мента); на рис. 4.8, б-общий вид (вид сверху) машины верхней части статора и элементов его крепления на оси.

Электрическая машина содержит роторы / и статор, состоя

10 Z3

Рис. 4.8. Машина тройного движения: а - продольный разрез; б - вид сверху

из верхней 2 и нижней 3 кольцевых частей. В кольцевых паза) размещена многофазная обмотка 4, ось которой совпадает с осью вращения статора.

Каждый из роторов / состоит из двух полюсных сердечников 5 и 6, сидящих на валу 7. Сердечники 5 и 6 ротора разделены немагнитной прокладкой 8. Между роторами размещены закрепленные на неподвижных стойках 9 магнитопроводы 10 с кольцевой обмоткой возбуждения. Неподвижный вал 7 роторов крепится на спицах 12. Кольцевой статор соединен спицами 13 валом 14. Наружная поверхность статора выполнена цилиндрической с винтовой нарезкой 15 на ней. Вокруг статора размещен с зазором подвижно сопряженный с направляющими элементами 16 внешний магнитопровод 17, на внутренней поверхности которого выполнена нарезка 18.

Машина работает следующим образом. При подаче напряжения на обмотку возникает магнитный поток, который замыкается по пути: сердечник 10, зазор между левой торцевой поверхностью магнитопровода 10 и торцевой поверхностью сердец, никй 5 ротора /, зазор (по дуге поверхности) между сердечником 5 и внутренней поверхностью частей кольцевого статора. При этом он пересекает винтовые нарезки на наружной поверхности полюса и внутренней поверхности пакета статора и, взаимодействуя с токами обмотки 4 кольцевого статора (в случае работы в режиме двигателя), создает при этом момент, приводящий во вращение роторы; аналогично проходит работа в режиме генератора.

При прохождении магнитного потока между ротором и статором вращение ротора / вызывает, благодаря наличию винтовой нарезки на обеих поверхностях, вращение кольцевого статора совместно со связанным с ним с помощью крепления 19, спиц IS, соединенных со ступицей 20, насаженной на вал 14, вращающийся в опорно-осевых подшипниках 21, закрепленных в опорной стойке 22. С этой стойкой связаны и спицы 12 неподвижного кольца (или многоугольника), на котором укреплены стойки 9 с подшипниками 23 для валов 7 роторов /. Угловая скорость этого вращения ниже угловой скорости в отношении /ii/nAc где /11 ~ шаг нарезки; Д lt;. ~ диаметр кольцевого статора, а момент соответственно больше.

При прохождении магнитного потока из наружной цилиндрической поверхности нижней 3 (внешней) части кольцевого статора во внутреннюю поверхность магнитопровода 17 благодаря наличию на этих поверхностях винтовой нарезки с шагом (совершенно необязательно выполнять = /ii) возникает усилие заставляющее магнитопровод 17 вместе с рабочим штоком с еще меньшей скоростью перемещаться в плоскости, перпенди кулярной как плоскости вращения кольцевого статора, так плоскости вращения ротора. Передаточное число и здесь ра

ртношению hi/nD,, где D -диаметр наружного кольца внешнего магнитопровода.

Таким образом, достигается весьма значительное увеличение общего передаточного числа. Если на участке ротор - кольцевой статор это число составляет, например, 100-150, то не меньшее значение можно получить и на участке кольцевой статор - внешний магнитопровод, доведя общее передаточное число до десят-0В тысяч.

Выходной элемент может, конечно, быть выполнен аналогично системе ротор - кольцевой статор и для вращательного движения. При этом магнитопровод 17 выполняется не в виде прямого отрезка трубы, а виде трубы, согнутой в кольцо. Внутри магнитопровода размещаются несколько статоров, крепление которых проходит через разрез в кольцевой трубе, как это выполняется в элементе ( laquo;модуле raquo;) ротор / - кольцевой статор 2. При вращении ротора с частотой 3000 об/мин и выше можно создать безредукторный привод, рабочий вал которого вращается с частотой в малые доли оборота в минуту.

Машины двойного движения показаны на фотографии рис. 4.5 и рис. 4.7, выполнены в двух основных вариантах.

1. Внутри статора, имеющего возможность только поступательного движения, размещен (выступающий за пакет статора на длину требуемого перемещения) ротор, имеющий возможность только вращательного движения. Линейная скорость перемещения статора при этом будет V = nh, где п - частота вращения ротора, а А - шаг винтовой нарезки на поверхностях ротора и статора. Предпочтительней при этом иметь питаемые от сети обмотки на статоре и ротор без колец, например, при использовании в качестве базовой машины асинхронного двигателя. Предполагаемые области применения - относительно короткоходовые тихоходные приводы с поступательным движением.

2. К ободу колеса большого диаметра прикреплен тороид с кольцевым сечением, внутри которого размещаются короткие роторы; их оси расположены по направлению касательных к окружности колеса. На внешней поверхности роторов и внутренней кольцевой поверхности тороида нанесена винтовая нарезка. В пазах внутренней кольцевой поверхности тороида размещена обмотка: многофазная - при выполнении машины типа многофазной асинхронной или синхронной либо якорная постоянного тока. S последнем случае требуется коммутация секций этой обмотки * функции положения ротора. Выполнение роторов также зависит от типа машины: короткозамкнутый ротор Шенфера или фазный ротор с кольцами - для асинхронного выполнения; ротор с оетоянными магнитами, с электромагнитным возбуждением явнополюсный или явнополюсный, в том числе бесконтактный -

синхронных или автосинхронных машин. Вращение колеса выходной оси привода) и вращение роторов происходит во вза-