УПРАВЛЯЕМЫЙ КАСКАДНЫЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ПРИВОД С ЖИДКОСТНЫМ ТОКОСЪЕМОМ
CONTROLLED CASCADE ELECTRIC ACTUATOR WITH LIQUID CURRENT TERMINAL

Изобретение относится к каскадным электрическим приводам вращательного движения, состоящим, например, из двух однотипных асинхронных двигателей, и может найти применение при создании безредукторных электрических приводов с регулируемой скоростью вращения от номинальной до двойной номинальной при постоянном моменте или приводов с удвоенным моментом при постоянной номинальной скорости вращения, а также при использовании любых других типов электрических приводов.
Известные электрические двигатели переменного тока с короткозамкнутым или фазным ротором имеют лишь номинальную скорость вращения и момент на валу. Удвоенная скорость вращения достигается применением различных редукторов, что усложняет электрический привод, снижает его надежность. Удвоенный момент достигается применением одинаковых двигателей, работающих на один вал, что повышает массогабаритные показатели электрического привода. Однако применение этих двух способов не решает проблему получения удвоенной скорости вращения при постоянном моменте или удвоенного момента при постоянной скорости в одном устройстве.
Известен асинхронный электрический двигатель переменного тока с короткозамкнутым ротором и статором с фазными обмотками [Копылов И.П. Электрические машины: учеб. для вузов / И.П.Копылов. - 2-е изд., перераб. - М.: Высш. шк., Логос, 2000. - 607 с.] Такой асинхронный двигатель имеет скорость вращения, определяемую конструкцией двигателя и параметрами питающей сети. Однако такой двигатель не обеспечивает получение удвоенного значения момента на валу при постоянной номинальной скорости вращения или получения удвоенного значения момента при постоянной номинальной частоте вращения.
Известен каскадный электрический привод, состоящий из двух соосно установленных асинхронных электродвигателей, каждый включает внутренний магнитопровод на валу и наружный магнитопровод, систему электромагнитных муфт. Роторы обоих электродвигателей неподвижно закреплены на валах. Статор одного двигателя закреплен неподвижно, а статор другого с возможностью свободного вращения вокруг вала, который является выходным элементом электропривода (Пат. №2402857, 2010 г.)
И для этого устройства присущи недостатки. Электрический привод обеспечивает получение как двойной скорости вращения при постоянном моменте, так и удвоенного момента при постоянной скорости вращения. Однако использование электромагнитных муфт без специальных фрикционных прокладок в виде чередующихся магнитных и немагнитных концентрических колец может привести к неправильной работе привода. Использование стандартного узла питания электропривода может приводить к частой поломке этого узла, особенно при большой мощности электропривода. Все это снижает надежность и вероятность безотказной работы устройства, что может привести к неправильной работе электрического привода.
Задачей изобретения является разработка управляемого каскадного электрического привода с жидкостным токосъемом, обеспечивающего получение необходимых электромеханических характеристик при более надежной работе устройства.
Технический результат достигается получением больших скоростей вращения, близких к двойной номинальной, при номинальном значении величины момента или получением удвоенного момента при номинальной скорости вращения. Управляемый каскадный электрический привод с жидкостным токосъемом, содержащий два электродвигателя, установленных в корпусе соосно, каждый из которых состоит из ротора и статора, причем статор первого электродвигателя выполнен неподвижным и закреплен на корпусе, а его ротор закреплен на своем валу, металлические крепежные кольца, два из которых закреплены на корпусе, а третье на валу первого электродвигателя, причем все три крепежных кольца закреплены, например, сваркой, электромагнитные муфты, закрепленные на корпусе электрического привода, трехфазную систему питания, ротор второго электродвигателя выполнен подвижным и установлен с возможностью свободного вращения относительно своего вала, а статор второго электродвигателя закреплен на своем валу, при этом крепежное кольцо жестко закреплено на корпусе управляемого каскадного электропривода, на котором установлены три неподвижные фрикционные полумуфты, одна из которых имеет возможность притяжения с целью фиксации к установленной на первом валу фрикционной прокладке своей подвижной полумуфты, скользящей по шлицевым выточкам вала электродвигателя со свободно вращающимся ротором, другая полумуфта имеет возможность притяжения с целью фиксации к той же фрикционной прокладке своей полумуфты, заходящей во впадину корпуса подвижного ротора, соосной с указанной полумуфтой, а третья полумуфта имеет возможность притяжения с целью фиксации к другой закрепленной на корпусе электропривода фрикционной прокладке своей полумуфты, заходящей во впадину корпуса подвижного ротора, соосной с указанной полумуфтой.
Управляемый каскадный электрический привод, содержащий специальные фрикционные прокладки, выполненные в виде чередующихся магнитных и немагнитных концентрических колец.
Управляемый каскадный электрический привод, содержащий на валу второго электрического двигателя трехфазное токосъемное устройство.
Предлагаемое устройство пояснено чертежом, на фиг.1 изображен общий вид устройства.
Каскадный электрический привод состоит из электромагнитных муфт 1, 2, 3, неподвижно закрепленных на кольце 4. Кольцо 4 закреплено на корпусе электропривода 5, например, с помощью сварки. Статор 6 находится в неподвижном состоянии и закреплен на корпусе 5, а ротор 7 закреплен неподвижно и вращается с валом 8 на подшипниках 9 независимо от вращения вала 11. Ротор 10 вращается свободно на валу 11 независимо от вращения вала на подшипниках 12. Статор 13 жестко закреплен на валу 11 и вращается вместе с валом на подшипниках 12, 14 и 15. Электромагнитная муфта 1 воздействует на корпус ротора 10 при помощи фрикционной прокладки 16, жестко закрепленной на корпусе электропривода 5, например, сваркой, а электромагнитная муфта 2 воздействует на корпус ротора 10 при помощи фрикционной прокладки 17, жестко закрепленной на валу 8, например, при помощи сварки. Электромагнитная муфта 3 соединяется с валом 11 при помощи фрикционной прокладки 17. Причем полумуфты 1 и 2 заходят во впадины корпуса ротора 10, а полумуфта 3 свободно скользит по шлицевым выточкам вала 11. Рабочие площади фрикционных прокладок 16 и 17 должны быть одинаковы, для одинаковой производительности электромагнитных муфт 1, 2 и 3. Корпус статора 6 жестко закреплен на корпусе электропривода 5. Подвод электрической энергии для статора 12 осуществляется с помощью жидкостного токосъемного устройства 18, жестко закрепленного на валу 11. Токосъемное устройство защищено изоляцией 19, закрепленной на корпусе электропривода 5.
Принцип работы
Для получения удвоенного значения момента при номинальной скорости вращения необходимо произвести управление электромагнитными муфтами в следующем порядке. Подаем питающее напряжение на электромагнитные муфты 1 и 3, и отключаем от питания электромагнитную муфту 2. При этом ротор 7 вращается на валу 8, а ротор 10 остается неподвижным, так как электромагнитная муфта 1 тормозит ротор 10. При помощи электромагнитной муфты 3 происходит зацепление статора 13, вращающегося на валу 11, с валом 8. В итоге получаем удвоенный момент на валу 11 от двух асинхронных двигателей при номинальной скорости вращения.
Для получения удвоенного значения скорости вращения при номинальной величине вращающего момента необходимо произвести управление электромагнитными муфтами в следующем порядке. Подаем питающее напряжение на электромагнитную муфту 2 и отключаем электромагнитные муфты 1 и 3. При этом ротор 7 вращается на валу 8 и передает крутящий момент и скорость на ротор 10 с помощью электромагнитной муфты 2. Статор 13 вращается с асинхронной скоростью относительно ротора 10. В итоге получаем на валу 11 удвоенное значение скорости вращения при номинальной величине вращающего момента.
Использование предложенных решений позволит улучшить работоспособность и надежность системы электромагнитных муфт, а также повысить надежность системы питания электрического привода, что улучшит надежность и работоспособность каскадного электрического привода в целом. При наращивании количества двигателей можно будет получать большие значения момента и скорости.
Изобретение найдет применение в промышленности, машиностроении, станкостроении, транспорте и т.д.