АСИНХРОННЫЙ ДВИГАТЕЛЬ

Область техники
Полезная модель относится к области электротехники и может быть использована для повышения надежности асинхронных двигателей общепромышленного применения.
Предыдущий уровень техники
Надежность традиционных асинхронных двигателей (АД) определяется прежде всего надежностью подшипников вала ротора АД, работа которых часто происходит при неконтролируемой увеличенной нагрузке со стороны рабочего агрегата, например, при недостаточно точном соединении с ним или повышенной вибрации, обусловленной дебалансом сопряженных с АД рабочих элементов. Существенным недостатком АД является также необходимость смазки подшипников. Современные условия труда и быта требуют уменьшения шума, производимого АД.
Прототипом предлагаемой полезной модели, таким образом, является широко известная конструкция АД, содержащая корпус, статор с двух (или трех) фазной обмоткой, ротор с короткозамкнутой обмоткой («беличьей клеткой»), установленный на валу, который помещен в шарикоподшипники, размещенные в крышках корпуса. Для охлаждения корпуса использованы вентилятор в виде крыльчатки на валу и направляющий кожух.
Сущность полезной модели.
Задача полезной модели заключается в повышении надежности общепромышленных АД, работающих от сети 50 герц (рабочая скорость вращения вала не более 3000 об/мин).
Эта задача решена благодаря тому, что вал ротора выполнен с полостью, в которой помещены втулки, установленные поверхностью скольжения на стержне, закрепленном на торце корпуса, при этом, по крайней мере, одна из фазных обмоток статора разделена на четыре секции с числом полюсов Рс=Ро/4, где Ро - общее число полюсов обмотки. Диаметрально противоположно расположенные секции по каждой из двух ортогональных осей подключены к электрическим блокам центрирования ротора относительно статора.
Перечень фигур и чертежей
На фиг. 1 представлена конструкция предложенного АД.
На фиг. 2 показана 8-ми полюсная обмотка статора АД с разделением на 4 секции.
На фиг. 3 дана схема соединений секций обмотки для подключения к блокам центрирования ротора относительно статора.
На фиг. 4 представлена конструкция АД с выступом на корпусе и деталью, которая связывает выступ с торцом стержня при установке на вал рабочего органа в виде шкива.
На фиг. 5 дан вариант устройства АД с дополнительным стержнем в съемной детали для связи выходной части вала с корпусом АД.
На фиг. 1-5 приняты следующие обозначения:
1 - корпус АД,
2 - статор АД,
3 - ротор АД,
4 - лобовые части обмоток статора,
5 - вал с полостью,
6 - стержень,
7 - втулки скольжения (10 штук для фиг. 1),
8 - передняя крышка,
9 - задняя крышка,
10 - основание крыльчатки вентилятора
11 - крыльчатка вентилятора,
12 - направляющий кожух вентилятора,
13 - ребро охлаждения на корпусе АД,
14 - замыкающие кольца обмотки ротора («беличьей клетки»),
15 - ограничительный выступ (кольцо) на стержне 6,
16 - винт-заглушка выходной части вала.
17 - выступ корпуса,
18 - съемная деталь, связывающая выступ с торцом стержня,
19 - рабочий орган АД в виде шкива клиноременной передачи.
20 - дополнитьельный стержень.
АД содержит (фиг. 1) корпус 1, статор 2 и ротор 3. На зубцовом шихтованном статоре размещена двух (или трех) фазная обмотка с лобовыми частями 4. Вал 5 АД выполнен с полостью, в которой помещены втулки 7, установленные поверхностью скольжения на стержне 6, закрепленном на торце корпуса (задней крышке 9). Число втулок определяется длиной стержня. В приведенной на фиг. 1 конструкции АД использованы десять втулок, например, типа TFZ, которые не требуют смазки. Втулки разделены проставками, которые на чертеже не показаны. Корпус имеет переднюю крышку 8 и торцевую (заднюю) крышку 9 с креплением в ней стержня бис отверстиями для входа охлаждающего воздуха. Вентилятор охлаждения внешних ребер корпуса (одно из них - 13) состоит из крыльчатки 11 с основанием 10, закрепленном на одном из замыкающих колец 14 «беличьей клетки» ротора, и направляющего поток воздуха кожуха 12. Осевое смещение ротора ограничено с одной стороны винтом-заглушкой 16 выходной части вала (при взаимодействии с торцом стержня), с другой - выступом 15 на стержне 6 при взаимодействии его с основанием 10 крыльчатки вентилятора. По крайней мере, одна из фазных обмоток статора разделена на четыре секции с числом полюсов Рс=Ро/4, где Ро - общее число полюсов обмотки. На фиг. 2 показан статор с числом зубцов 16, на котором уложена обмотка с Ро=8, которая разделена на четыре секции 01-04 с Рс=2. Эти секции подключены на фиг. 3 к источнику питания избранной фазы в виде двух напряжений U1 и U2 с общей средней точкой. Сигналы Ux и Uy диаметрально противоположно расположенных секций по каждой иэ двух ортогональных осей, пропорциональные радиальным смещениям ротора АД по этим осям, подключены к электрическим блокам центрирования ротора относительно статора для регулирования магнитного потока каждой секции в зависимости от смещения ротора с помощью известных систем управления (например, при использовании наиболее простой бездатчиковой системы по заявке №2009141906 «Способ центрирования ферромагнитного тела» или по патенту №2545310 «Неконтактный подвес ротора»).
Предложенный АД работает следующим образом. При подаче напряжения питания на обмотки статора вал 5 вращается относительно стержня 6 на втулках скольжения 7. Благодаря малому диаметру стержня при скорости вращения общепромышленных двигателей не более 3000 об/мин применяются втулки, не требующие смазки, например, типа TFZ. Радиальная нагрузка на вал АД компенсируется упругостью стержня 6 и магнитным центрированием ротора с помощью секционированной обмотки статора. Таким образом, предложенный АД, не содержащий традиционных шарикоподшипников, становится более надежным, менее шумным, не требует смазки, позволяет контролировать положение вала как при работе, так и при сопряжении с рабочим агрегатом.
Рабочий агрегат соединяется с валом АД чаще всего с помощью муфты. При этом радиальная нагрузка на горизонтально расположенный вал определяется небольшой массой муфты. При значительной радиальной нагрузке, например, при использовании клиноременной передачи, жесткость стержня 6 (фиг. 4) может быть существенно увеличена благодаря связи его торца с корпусом АД. В простейшем случае это реализуется при использовании выступа 17 и съемной детали 18, которая устанавливается после размещения на валу шкива 19 с соответствующими ремнями. Центрирование вала производится по сигналам Ux и Uy (фиг. 3). В этом случае АД может работать без блоков автоматического центрирования ротора. При этом диаметр стержня может быть уменьшен, что облегчает работу втулок скольжения и позволяет использовать более высокие скорости вращения вала.
Увеличение радиальной жесткости выходной части вала может быть получено также при использовании дополнительного стержня 20 (фиг. 5), связывающего через добавочные втулки скольжения выходную часть вала с корпусом АД. В этом случае диаметр дополнительного стержня может быть существенно меньше диаметра основного стержня 6, что позволит соответственно уменьшить внешний диаметр выходной части вала, на которую помещают рабочий орган агрегата.
Применение пустотелого вала является весьма эффективным средством, снижающим затраты материала, а следовательно при водит к облегчению вала. Наибольшее напряжение, возникающее в пустотелом валу, мало отличается от максимального напряжения в валу сплошного сечения при том же наружном диаметре.
Предложенная конструкция подшипника АД может быть использована также при создании электрогенераторов.
Мощные агрегаты (двигатели, генераторы, турбины) с большим диаметром рабочего вала могут иметь вместо втулок скольжения ряд шарикоподшипников с диаметром значительно меньше диаметра вала, что позволит увеличить скорость вращения, уменьшить габариты агрегата.