Аксіальний електричний двигун

H02K17 / 16 - з ротором, що має короткозамкнутую всередині обмотку, наприклад типу білячої клітини

H02K1 / 06 - Електричні машини (вимірювальні прилади G01; електродинамічні реле H01H 53/00; перетворення вхідної енергії постійного або змінного струму в вихідну енергію необхідного виду H02M 9/00; гучномовці, мікрофони, адаптери та подібні електромеханічні перетворювачі звуку H04R)


Власники патенту RU 2477559:

Кочергін Ігор Миколайович (RU)

Винахід відноситься до області електротехніки та енергетичного машинобудування, а саме - до асинхронним електричних двигунів з короткозамкненим ротором, і може бути використаний, наприклад, для приводу потужних насосів. Пропонований осьової електричний двигун виконаний стаціонарним, відкритим на ділянці землі, корпус його складено з нижнього пояса, що включає фундаментну плиту з нижнім опорним вузлом, і верхнього пояса, що включає скріплену з фундаментом звездообразную сферичну ферму, складену симетрично з наполегливих балок, стягнутих в центрі осьовим опорно -центровочним вузлом. Між нижнім опорним вузлом і осьовим опорно-центрувальні вузлом встановлено робоче колесо великого діаметру, на торці якого закріплений власне короткозамкнений ротор, відокремлюваний повітряним зазором від муздрамтеатру статора, спорудженого на фундаментної плити на подіумі. Вал робочого колеса вгорі з'єднують з навантаженням за допомогою муфти. Технічний результат, який досягається при використанні винаходу, полягає в забезпеченні обертаючих моментів великий величини в діапазоні кутових швидкостей обертання 50-500 об / хв аксіального електричного двигуна при одночасному спрощенні його конструкції. 3 мул.

Винахід відноситься до нетрадиційної електроенергетиці, а більш конкретно до електричних асинхронних двигунів змінного струму з короткозамкненим ротором.

Недолік таких двигунів - малі висоти осі обертання роторів, що обмежують зовнішній діаметр сердечника статора і не дозволяє досягати більшої потужності.

Близького прототипу до заявляється конструкції в спеціальній технічній літературі і патентному фонді не знайдено.

Мета винаходу - створення спеціального електричного аксіального двигуна змінного струму простої конструкції з ротором великого діаметра (близько декількох метрів і більше) з частотою обертання 50-300 об / хв, розвиває момент обертання великий величини.

Поставлена ​​мета досягається тим, що двигун виконаний на ділянці землі нерухомим стаціонарним відкритим з нерухомим статором і рухомим (обертовим) робочим колесом з вертикальною віссю обертання, корпус його з нижнім і верхнім опорними вузлами виконаний горизонтальним фундаментом у вигляді кола, по колу якого споруджено кільцевої подіум з укріпленої на ньому зверху вивіреної горизонтальній настановної плитою, на якій зібрано кільцевої сердечник муздрамтеатру статора висотою h з шіхтованной електротехнічної сталі, сп ессованний притискної плитою і стягнутий рядами шпильок з настановної плитою, в пази сердечника покладена обмотка статора, робоче колесо складається з вертикального вала і радіально-послідовно скріплених з ним в горизонтальній площині маточини, диска-ферми і власне короткозамкнутого ротора, нижня частина вала встановлена ​​в центрі окружності фундаменту в опорному вузлі в підшипниках масляної ванни, верхня частина вала встановлена ​​в верхньому опорному вузлі, що складається з наполегливих колон, наполегливих балок і осьового опорно-центрувальні вузла, в якому наполегливі колони споруджені симетрично навколо подіуму з рівним проміжком між ними з посиленим фундаментом, сполученим монолітно з фундаментом, вгорі забезпечені кріпильними елементами, якими скріплені зовнішніми кінцями наполегливі балки, а внутрішні кінці їх скріплені з осьовим опорно-центрувальні вузлом, забезпеченим радіальними підшипниками, в якому встановлена ​​верхня частина вала робочого колеса, поєднана за допомогою муфти зчеплення зі споживачем, маточина виконана у вигляді диска і з'єднана в центральній частині з ва лом за допомогою вузла передачі моменту обертання, а з зовнішньої з диском-фермою діаметром кілька метрів і більше, що складається з радіально-кільцевого об'ємного жорсткого каркаса з верхньої та нижньої обшивкою, забезпеченого в периферійній торцевій частині власне короткозамкненим ротором, виконаним з циліндра алюмінієвого сплаву радіальної товщини z із зовнішнім радіусом R від осі вала, висотою h, забезпеченого впровадженими в нього через рівний інтервал «урівень» з зовнішньої торцевої поверхнею стрижнями з мідного сплаву, з'єднаними моноліт про зверху і знизу мідними шинами у вигляді обручів, жорстко з'єднаними з радіально-кільцевим каркасом, робоче колесо по висоті встановлено так, що його власне короткозамкнений ротор знаходиться нашкодили сердечника статора і збігається з ним по висоті, при цьому їх розділяє по всьому колу циліндра повітряний зазор величиною δ, обмотку статора з'єднують із зовнішнім джерелом струму.

Конструкція асинхронного електричного двигуна показана на представлених кресленнях. На фіг.1 показана схематично конструкція осьового електричного двигуна, загальний вигляд, розріз по вертикальній діаметральноїплощині ( «А-А»). На фіг.2 показана схематично конструкція осьового електричного двигуна, вид зверху. На Фіг.3 схематично показана активна индуктивная частина робочого колеса осьового електричного двигуна, розріз по вертикальній радіальної площині.

Умовні позначення в тексті.

R - (м) радіус ротора аксіального електричного двигуна, відстань від осі вала до зовнішньої поверхні циліндра з алюмінієвого сплаву,

z - (мм) радіальна товщина циліндра з алюмінієвого сплаву,

h - (мм) висота сердечника статора, висота циліндра з алюмінієвого сплаву власне ротора (в технічній літературі ця величина позначається символом, тому що спрямована вздовж осі машини),

δс - (мм) величина повітряного зазору між статором і ротором в тривалому стояночном положенні при низькій температурі навколишнього середовища.

? Р - (мм) величина повітряного зазору між статором і ротором в робочому стані (тривалий сталий режим роботи при номінальних оборотах, номінальний струм, номінальний або підвищеній температурі).

Позиції на кресленнях.

10. робоче колесо,

Аксіальний електричний двигун влаштований (див. Фіг.1, 7). На деякій ділянці 1 землі готують горизонтальну площадку, розміром близько 1,5 R, на ній виконують горизонтальний фундамент 2. Відповідно до документації під майбутнім фундаментом прокладають технологічні тунелі, трубопроводи, кабелі тощо а в самому фундаменті встановлюють люки, анкери, датчики обладнання. По колу фундаменту споруджують подіум 3, який забезпечений анкерами для кріплення настановної плити 4, яка по всій її зовнішньої поверхні повинна бути строго вивірена в горизонтальній площині. На настановної плиті 4 споруджують статор 5, кільцевої сердечник муздрамтеатру якого висотою h збирають з пластин шіхтованной електротехнічної сталі і спресовують притискної плитою 6 двома рядами стягають шпильок 7. При складанні статора 5 виконують умови: відсутність задирок на пластинах статора і точне, в межах 1 2 мм, відповідно внутрішнього діаметра муздрамтеатру статора розміром (R + δp) мм, після чого в його пази укладають обмотку 8 статора, дроти від якої підводять до джерела трифазного струму.

Робоче колесо 10 складається з вертикального вала 9 і радіально-послідовно скріплених з ним в горизонтальній площині маточини, диска-ферми і власне короткозамкнутого ротора. Маточина виконана у вигляді диска і з'єднана в центральній частині з валом 9 за допомогою вузла передачі моменту обертання, наприклад, шпоночно або шліцьового з'єднання, а із зовнішнього боку з диском-фермою, виконаної радіально-кільцевим об'ємним каркасом з верхньої та нижньої обшивкою. Диск-ферма і маточина з'єднані за допомогою роз'ємного болтового з'єднання.

В периферійній торцевій частині робоче колесо 10 забезпечено власне короткозамкненим ротором, який виконаний з циліндра алюмінієвого сплаву 11 (див. Фіг.3) радіальної товщини z, зовнішній радіус якого R від осі вала 9, висотою h, забезпеченого впровадженими в нього через рівний інтервал « урівень »з зовнішньої торцевої поверхнею стрижнями 12 з мідного сплаву, з'єднаними монолітно, наприклад зварюванням, зверху і знизу мідними шинами 13 у вигляді обручів, жорстко з'єднаними з радіально-кільцевим каркасом.

Робоче колесо 10 аксіального електричного двигуна може бути виконано різного розміру, від діаметра порядку 1,5-2,5 м до десятків метрів. Від величини діаметра залежить його конструкція, вживані матеріали, технологія виготовлення, складання і методи доставки споживачеві. При малих розмірах робочого колеса 10 (фіг.1), його виконують єдиним нероз'ємним вузлом і транспортують у спеціальній тарі до місця спорудження аксіального електричного двигуна. При великих розмірах робочого колеса 10 його конструкція і технологія виготовлення ускладнюються в зв'язку з необхідністю виконання ряду суперечливих вимог, що є предметом окремих технічних рішень.

Робоче колесо 10 встановлюють в центрі кола фундаменту 2. Нижня частина його вала 9 встановлена ​​в опорному вузлі 14 в підшипниках опорно-масляної ванни. Верхній опорний вузол з валом 9 виконаний у такий спосіб. На тій же ділянці 1 землі за подіумом 3 по колу з рівним інтервалом споруджують наполегливі колони 15, які виконують монолітно з фундаментом 2, верхня частина їх забезпечена кріпильними елементами, наприклад болтами, з якими вони з'єднуються з зовнішніми кінцями наполегливих балок 1-6, внутрішні кінці яких також за допомогою болтового з'єднання скріплені з осьовим опорно-центрувальні вузлом 17, забезпеченим радіальними підшипниками, в які встановлюють верхню частину валу. 9. Кількість наполегливих балок 16 залежить від діаметра робочого колеса 10 і визначається в результаті прочностного розрахунку корпусу, верхній опорний вузол повинен забезпечити жорсткість всієї конструкції аксіального електричного двигуна при максимальних обертають моменти робочого колеса 10.

Робоче колесо 10 встановлюють так, щоб його короткозамкнений ротор висотою h був точно встановлений навпроти сердечника статора 5 і збігався з ним по висоті h, при цьому зовнішню поверхню короткозамкнутого ротора робочого колеса 10 і внутрішню поверхню муздрамтеатру статора 5 по всьому колу повинен розділяти інсталяційний (стоянка ) повітряний зазор δ з постійної величини, орієнтовно 6-9 мм.

При створенні робочого колеса 10 на певну частоту обертання і заданий момент, що обертає необхідно виконати не тільки розрахунок міцності в статиці, а й динамічний розрахунок, при цьому врахувати, що механічні напруги в усіх вузлах не повинні перевищувати межі міцності матеріалу, а в найбільш небезпечних і важливих конструктивних елементах - короткозамкнутих мідних шинах-ободах не повинні перевищувати межі текучості міді.

Крім того, радіальна деформація від махового моменту відцентрових сил (пружна деформація розтягування), підсумовувана з поздовжньою деформацією від теплового подовження в сталому робочому режимі при номінальному навантаженні, не повинна перевищувати певної величини, будучи в той же час корисною деформацією, що зменшує повітряний зазор до величини DР, позитивно впливає на характеристики асинхронного електричного двигуна.

Аксіальний електричний двигун працює: при включенні обмотки 8 статора до джерела змінного електричного струму, в муздрамтеатрі сердечника статора 5 виникає обертове електромагнітне поле, яке взаємодіє з власне короткозамкненим ротором робочого колеса 10 і обертає його з розрахунковою кутовий частотою. Окружна сила, діючи на відстані R створює безперервний момент обертання розрахункової величини валу 9, який через муфту зчеплення 18 приводить в дію навантаження - насос великої продуктивності для подачі пульпи (важка гірська порода з водою) на агрегати збагачувальної фабрики.

Технічна ефективність винаходу в тому, що створена конструкція економічного аксіального електричного двигуна змінного струму, що передає навантаження момент обертання значної величини.

Аксіальний електричний двигун змінного струму, що містить закритий корпус з вузлами кріплення до опори, розміщений в ньому нерухомий статор, що складається з сердечника з обмоткою, і рухливий (обертається) короткозамкнений ротор з горизонтальною віссю обертання, встановлений в підшипниках фланців з обох сторін статора, скріплених з корпусом, що відрізняється тим, що двигун виконаний на ділянці землі нерухомим, стаціонарним відкритим з нерухомим статором і рухомим (обертовим) робочим колесом з вертикальною віссю обертання, корпус його, з нижнім і верхнім опорними вузлами, виконаний горизонтальним фундаментом у вигляді кола, по колу якого споруджено кільцевої подіум з укріпленої на ньому зверху вивіреної горизонтальній настановної плитою, на якій зібрано кільцевої сердечник муздрамтеатру статора висотою h з шіхтованной електротехнічної сталі, спресований притискної плитою і стягнутий рядами шпильок з настановної плитою, в пази сердечника покладена обмотка статора, робоче колесо складається з вертикального вала і радіально-послідовно скріплених з н м в горизонтальній площині маточини, диска-ферми, і власне короткозамкнутого ротора, нижня частина вала встановлена ​​в центрі кола фундаменту в опорному вузлі в підшипниках масляної ванни, верхня частина вала встановлена ​​в верхньому опорному вузлі, що складається з наполегливих колон, наполегливих балок і осьового опорно-центрувальні вузла, в якому наполегливі колони споруджені симетрично навколо подіуму з рівним проміжком між ними з посиленим фундаментом, сполученим монолітно з фундаментом, вгорі забезпечені кріпильними елементами, котор ми скріплені зовнішніми кінцями наполегливі балки, а внутрішні кінці їх скріплені з осьовим опорно-центрувальні вузлом, забезпеченим радіальними підшипниками, в якому встановлена ​​верхня частина вала робочого колеса, поєднана за допомогою муфти зчеплення зі споживачем, маточина виконана у вигляді диска і з'єднана в центральній частині з валом за допомогою вузла передачі моменту обертання, а з зовнішньої - з диском-фермою діаметром кілька метрів і більше, що складається з радіально-кільцевого об'ємного жорсткого каркаса з верхньої та нижньої обшивкою, забезпечені нним в периферійній торцевій частині власне короткозамкненим ротором, виконаним з циліндра алюмінієвого сплаву радіальної товщини z із зовнішнім радіусом R від осі вала висотою h, забезпеченого впровадженими в нього через рівний інтервал «урівень» з зовнішньої торцевої поверхнею стрижнями з мідного сплаву, з'єднаними монолітно зверху і знизу мідними шинами у вигляді обручів, жорстко з'єднаними з радіально-кільцевим каркасом, робоче колесо по висоті встановлено так, що його власне короткозамкнений ротор знаходиться навпроти сердеч ика статора і збігається з ним по висоті, при цьому їх розділяє по всьому колу циліндра повітряний зазор величиною δ, обмотку статора з'єднують із зовнішнім джерелом струму.

Схожі статті