ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЬ СТРЕЛОЧНЫЙ АСИНХРОННЫЙ

Полезная модель относится к области машиностроения, а именно к железнодорожному машиностроению, в частности, к электродвигателям стрелочным асинхронным, и может быть использована в железнодорожном транспорте, например, для установки в электроприводах типа ВСП (винтовой стрелочный привод) для перевода остряков и подвижных сердечников обычных стрелочных переводов электрической сигнализации и стрелочных переводов на участках с высокоскоростным движением поездов при скорости до 300 км/час.
Известен однофазный асинхронный двигатель, содержащий асимметричный магнитопровод статора с явно выраженными полюсами, с неравномерным воздушным зазором в тангенциальном направлении и короткозамкнутый ферромагнитный ротор, при этом с целью расширения функциональных возможностей путем обеспечения вращательно-поступательного движения, воздушный зазор в осевом направлении выполнен также неравномерным, а на ферромагнитном роторе размещен цилиндр из электропроводного материала (см. авторское свидетельство СССР №1765874, МПК Н02К 17/07, опубл. 30.09.1992 г.).
Известные асинхронные двигатели характеризуются переменным по величине вектором магнитным полем, индуцированным вращающимся асимметричным магнитопроводом статора. Вследствие этого пусковой момент двигателя ниже по величине по сравнению с рабочим моментом, что может послужить причиной отказа двигателя в холодный период в момент пуска, что приводит к снижению надежности двигателя в целом. Кроме того, переменный по величине вектор магнитного поля индуцирует в роторе переменный ток, вследствие чего возникает переменный момент на выходном валу двигателя, что может привести к нежелательной вибрации. Вместе с тем, выполнение неравномерных тангенциальных и осевых зазоров повышают сложность изготовления двигателя и его стоимость. Кроме того, известные электродвигатели имеют лапы для крепления в электроприводах типа СП (стрелочный привод) и в электроприводах типа ВСП устанавливаться не могут, так как необходимы специальные промежуточные детали, которые снижают надежность крепления и усложняют монтаж и обслуживание.
Известен стрелочный асинхронный двигатель, содержащий стальной корпус со статором из набора изолированных друг от друга ферромагнитных пластин с пазами на
внутренней стороне с расположенными в них тремя обмотками под углом 120° и ротором, состоящим также из изолированных друг от друга ферромагнитных пластин с пазами на внешнем диаметре, заполненных парамагнитным материалом с низким удельным сопротивлением, замкнутым с обоих торцов кольцами из этого же материала, расположенным на валу с двумя опорами качения в виде подшипников в двух крышках, изготовленных из парамагнитного материала и стянутых вместе с корпусом винтами, при этом вал имеет длину не менее 310 и не более 320 мм, причем один из его концов имеет форму многоугольника, подшипники закрытого типа помещены в крышках через компенсационные шайбы с обеих сторон, а между крышками и стягивающими винтами расположены контрящие шайбы, выполненные из листового материала толщиной 0,3-0,5 мм в виде равностороннего треугольника с отверстием в центральной части (см. патент РФ на полезную модель №37968, МПК В61С 09/44, опубл. 20.05.2004 г.).
Однако, известная конструкция имеет недостаточную надежность, вследствие наличия контрящей шайбы характерной конструкции, из-за чего в процессе работы двигателя от вибрации возможен выход стопора шайбы из шлица винта и в дальнейшем винт может несанкционированно начать отворачиваться, что приведет к выходу из строя двигателя. Кроме того, наличие стального корпуса, шунтирующий магнитные потоки запрессованного в него статора, снижая тем самым мощность и крутящий момент, и имеющий большой вес. Конструкция корпуса и технология обработки известного электродвигателя таковы, что лапы для крепления электродвигателя привариваются после механической обработки (расточка, фрезерование и др.), что может привести к возникновению внутренних напряжений, приводящих к изменению геометрических размеров обработанных поверхностей.
Известен также электродвигатель стрелочный асинхронный, содержащий статор из набора изолированных друг от друга ферромагнитных пластин с пазами на внутренней стороне с расположенными в них обмотками и ротором, состоящим также из изолированных друг от друга ферромагнитных пластин с пазами на внешнем диаметре, заполненных парамагнитным материалом, замкнутым с обоих торцов кольцами из парамагнитного материала, расположенным на валу с двумя опорами качения в виде закрытых подшипников в двух крышках, изготовленных из парамагнитного материала, стянутых вместе со статором винтами, и помещенных в крышки через компенсационные шайбы с обеих сторон. Между крышками и стягивающими винтами расположены шайбы с переменной толщиной поперечного сечения и ребрами жесткости в виде прямых, расположенных по радиусам шайбы, и
начинающихся у отверстия для размещения винта (см. патент РФ на полезную модель №50730, МПК Н02К 17/02, опубл. 20.01.2006 г.).
Недостатком известного электродвигателя является то, что на статор приварены лапы для крепления на корпус электропривода типа СП, и для использования его для приводов типа ВСП необходимы специальные промежуточные детали, которые снижают надежность крепления и усложняют монтаж и обслуживание. При его использовании в электроприводах для быстрого перевода остряков и подвижных сердечников стрелочных переводов электрической сигнализации на железнодорожных путях с увеличенной скоростью движения поездов возможно ослабление крепления промежуточных деталей, приведенных выше и крепления стягивающихся (крепежных) элементов электродвигателя и в дальнейшем снижение надежности электродвигателя.
Наиболее близким аналогом к предложенному техническому решению является электродвигатель стрелочный асинхронный, содержащий статор, состоящий из набора изолированных друг от друга ферромагнитных пластин с пазами на его внутренней стороне, в которых находится статорная обмотка, и ротор, состоящий также из набора изолированных друг от друга ферромагнитных пластин с пазами на внешнем диаметре, которые заполнены парамагнитным или диамагнитным материалом с низким удельным сопротивлением, замкнутые с обоих торцов кольцами из такого же материала, расположенный на валу с двумя опорами качения в двух крышках, при этом набор статорных пластин с внешней стороны стянут сварными швами, с обеих сторон его приварены стальные фланцы, на которых расположены крышки с опорами вала ротора с расстоянием между ними, равным двум диаметрам ротора. Фланцы жестко соединены между собой двумя перемычками и двумя кронштейнами для крепления двигателя на месте эксплуатации, образуя единую конструкцию, снабженную ручкой (см. свидетельство на полезную модель №20693, МПК Н02К 9/00, опубл. 20.11.2001 г.).
Однако, при использования известного электродвигателя в электроприводах для быстрого перевода подвижных сердечников стрелочных переводов электрической сигнализации на железнодорожных путях с повышенной скоростью движения локомотивов, возможно ослабление креплений как стягивающихся элементов электродвигателя, так и в местах креплений лап двигателя на месте его эксплуатации, что в дальнейшем приведет к снижению надежности электродвигателя. Электродвигатель имеет приваренные к статору после механической обработки (расточка, фрезерование и др.) лапы для крепления в корпусе привода. Элементы конструкции статора не содержат массивные стальные детали, к которым можно было бы надежно
приваривать лапы, поэтому осуществляется это на деталях выполненных из тонколистового материала из чего состоит бескорпусный статор электродвигателя, к тому же вибрация с вращающегося элемента двигателя-ротора передается, затем гасится корпусом привода, через подшипниковые щиты-крышки, неподвижный статор, не имеющий достаточный запас прочности для электроприводов с высокоскоростным движением поездов.
Задачей, на решение которой направлена настоящая полезная модель, является повышение надежности электродвигателя в условиях эксплуатации за счет исключения из цепи передачи вибрации недостаточно прочных конструктивных элементов и предотвращения самоотвинчивания крепежных деталей от вибрации.
Техническим результатом, достигаемым при решении поставленной задачи, является повышение виброустойчивости элементов и надежности соединения стягивающихся (крепежных) элементов электродвигателя в условиях работы электропривода для перевода остряков и подвижных сердечников стрелочных переводов электрической сигнализации на железнодорожных путях с увеличенной скоростью движения поездов.
Указанный технический результат достигается тем, что в электродвигателе стрелочном асинхронном, содержащем статор, состоящий из набора изолированных друг от друга ферромагнитных пластин с пазами на его внутренней стороне, в которых находится статорная обмотка, и ротор, состоящий также из набора изолированных друг от друга ферромагнитных пластин с пазами на его внешней стороне, которые заполнены парамагнитным материалом, замкнутые с обоих торцов кольцами из такого же материала, расположенный на валу с двумя опорами качения в переднем и заднем подшипниковых щитах, при этом опоры качения выполнены в виде закрытых подшипников, помещенных в передний и задний подшипниковые щиты через компенсационные шайбы с обеих сторон, согласно полезной модели, крепление к статору переднего и заднего подшипниковых щитов выполнено в виде стягивающих шпилек, снабженных гайками и стопорными шайбами, с отгибающимся краем для фиксации грани шестигранной гайки, с одной стороны и прямой грани для фиксации на опорной площадке под гайку на подшипниковом щите, а лапы для крепления электродвигателя на месте эксплуатации выполнены за одно целое с передним и задним подшипниковыми щитами.
Выполнение крепления к статору переднего и заднего подшипниковых щитов в виде стягивающих шпилек, снабженных гайками и стопорными шайбами с отгибающимся краем для фиксации грани шестигранной гайки, с одной стороны и
прямой грани (лыски) для фиксации на опорной площадке под гайку на подшипниковом щите, позволяет повысить надежность крепления элементов конструкции электродвигателя при его использовании в электроприводах для перевода остряков и подвижных сердечников стрелочных переводов электрической сигнализации на железнодорожных путях, в условиях повышенной вибрации, где увеличена скорость движения поездов, т.е. осуществляется высокоскоростное движение поездов при скорости до 300 км/час. При этом стопорные шайбы удерживают стягивающие шпильки и гайки от самоотвинчивания.
Использование лап, которые отлиты за одно целое с передним и задним подшипниковыми щитами, позволяет повысить виброустойчивость электродвигателя при креплении его на месте эксплуатации в электроприводах для перевода остряков и подвижных сердечников стрелочных переводов электрической сигнализации на железнодорожных путях с увеличенной скоростью движения поездов.
Выполнение опор качения в виде закрытых подшипников, помещенных в передний и задний подшипниковые щиты через компенсационные шайбы с обеих сторон, позволяет исключить обслуживание в течение всего срока службы электродвигателя (при температуре эксплуатации в соответствии с ТУ 32 ЦШ 2093-2001 г.) и повышает его надежность из-за исключения влияния агрессивных факторов внешней среды. При этом стопорные шайбы, расположенные между передним и задним подшипниковыми щитами и стягивающими шпильками и гайками, представляют собой антивибрационные шайбы, позволяющие предотвратить самоотвинчивание стягивающих (крепежных) изделий.
Полезная модель иллюстрируется следующими чертежами, где на фиг.1 показан электродвигатель стрелочный, частичный разрез, вид сбоку; на фиг.2 - тоже, вид сверху, на фиг.3 - тоже, вид сбоку; на фиг.4 - узел А на фиг.3 (в увеличенном масштабе), пример выполнения крепления стягивающей шпильки, гайки и стопорной шайбы, вид сверху; на фиг.5 - общий вид подшипникового щита (переднего и заднего) в ракурсе 3/4 спереди; на фиг.6 - схема передачи вибраций в конструктивных элементах электродвигателя ближайшего аналога; на фиг.7 - схема передачи вибраций в конструктивных элементах предложенного электродвигателя.
Позиции на чертежах обозначают следующее: 1 - статор; 2 - ротор; 3 - вал ротора; 4 - передний подшипниковый щит; 5 - задний подшипниковый щит; 6 - подшипники; 7 - компенсационные шайбы; 8 - стягивающая шпилька; 9 - гайка; 10 - шайба стопорная; 11 - лапы для крепления электродвигателя.
Электродвигатель стрелочный асинхронный содержит статор 1, состоящий из набора изолированных друг от друга ферромагнитных пластин с пазами на его внутренней стороне, в которых находится статорная обмотка, и ротор 2, состоящий также из набора изолированных друг от друга ферромагнитных пластин с пазами на его внешней стороне, которые заполнены парамагнитным материалом, замкнутые с обоих торцов кольцами из такого же материала. Ротор 2 расположен на валу 3 с двумя опорами качения в переднем 4 и заднем 5 подшипниковых щитах, изготовленных из парамагнитного материала. Один из концов вала 3 имеет цилиндрическую форму со шпоночным пазом, а второй конец вала 3 имеет форму многоугольника (фиг.1 и 2).
Опоры качения выполнены в виде закрытых подшипников 6, которые помещены в передний 4 и задний 5 подшипниковые щиты через компенсационные шайбы 7 с обеих сторон и стянуты вместе со статором 1 шпильками 8 через передний 4 и задний 5 подшипниковые щиты. При этом между передним 4 и задним 5 подшипниковыми щитами и стягивающими гайками 9 расположены стопорные шайбы 10 (фиг.3 и 4).
Лапы 11 для крепления электродвигателя на месте его эксплуатации отлиты за одно целое с передним 4 и задним 5 подшипниковыми щитами (фиг.1, 2 и 5).
Вал 3 ротора 2 имеет длину не более 310 мм, причем один из его концов имеет форму многоугольника (фиг.1 и 2).
Электродвигатель стрелочный асинхронный используется следующим образом.
Переменный ток, проходя по обмоткам статора 1, индуктирует вращающееся магнитное поле, которое взаимодействует с током, индуктированным полем статора 1 в обмотках ротора 2, замкнутого с обоих торцов кольцами из парамагнитного материала, расположенными на валу 3 с двумя опорами качения в виде закрытых подшипников 6, помещенных в передний 4 и задний 5 подшипниковые щиты через компенсационные шайбы 7 (фиг.1-3).
В результате этого возникают механические усилия, заставляющие ротор 2 вращаться в сторону вращения магнитного поля. При этом частота вращения ротора 2 меньше частоты вращения магнитного поля, и, следовательно, ротор 2 совершает асинхронное вращение по отношению к полю.
Стопорные шайбы 10, с отогнутыми к плоской грани гаек 9 и фиксированные лыской (плоской гранью) на опорной площадке под гайку на подшипниковом щите, позволяют предотвратить самоотвинчивание стягивающих шпилек 8 и гаек 9 (фиг.3 и 4).
Схема передачи вибрации в конструктивных элементах стрелочного асинхронного электродвигателя, выбранного в качестве прототипа, следующая (фиг.6). Вибрация передается с вращающегося элемента электродвигателя-ротора, затем гасится корпусом привода, через подшипниковые щиты-крышки, неподвижный статор. Однако статор не имеет достаточный запас прочности для электроприводов с высокоскоростным движением поездов, что резко снижает виброустойчивость элементов электродвигателя и приводит к снижению его надежности, так как при этом возможно самоотвинчивание крепежных деталей от вибрации при креплении электродвигателя на месте эксплуатации в электроприводах на железнодорожных путях с увеличенной скоростью движения поездов.
В конструктивных элементах предложенного стрелочного асинхронного электродвигателя схема передачи вибрации следующая (фиг.7). Вибрация передается с вращающегося элемента электродвигателя-ротора 2, затем гасится корпусом привода ВСП, через передний 4 и задний 5 подшипниковые щиты и лапы 11, выполненные за одно целое с передним 4 и задним 5 подшипниковыми щитами. При этом исключение из цепи передачи вибрации статора 1 позволяет повысить виброустойчивость элементов электродвигателя и предотвратить самоотвинчивание крепежных деталей от вибрации. Это повышает надежность электродвигателя при креплении его на месте эксплуатации в электроприводах для перевода остряков и подвижных сердечников стрелочных переводов электрической сигнализации на железнодорожных путях с увеличенной скоростью движения поездов.
Электродвигатель устанавливается внутри негерметичного электропривода, предназначенного для перевода остряков и подвижных сердечников стрелочных переводов электрической сигнализации и работающего в условиях экстремальных сезонных температур на открытом воздухе в условиях высокой влажности, запыленности и вибрации. Установка подшипников 6, помещенных в передний 4 и задний 5 подшипниковые щиты через компенсационные шайбы 7 (компенсация температурных деформаций элементов конструкции), от температуры окружающей среды и стянутых вместе со корпусом статором 1 шпильками 8 и гайками 9, предотвращает возможность заклинивания электродвигателя от температурных деформаций элементов конструкции двигателя. Применение закрытых подшипников позволяет осуществлять эксплуатацию электродвигателей без периодической смазки на весь срок службы.
Таким образом, предложенная конструкция электродвигателя обеспечивает повышение его надежности и улучшение потребительских свойств за счет повышения
надежности крепления стягивающихся частей двигателя, а также уменьшить объем технического обслуживания. Это позволит применять предложенные электродвигатели на дорогах с повышенным уровнем вибрации без дополнительных затрат на обеспечение виброустойчивости, а именно - на участках со скоростным движением поездов.