Электрическая машина с вращательно-колебательным движением

Электрическая машина с вращательно-колебательным движением

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ае а»

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21 ) 3518582/24-07 (22) 09.12.82 (46) 07.02.84. Бюл. Р 5 (72) Д.А.Бут (71) Московский ордена Ленина авиационный институт им. Серго. Орджоникидзе (53) 621.313.322(088.8) (56) 1. Патент США 9 3571633 . кл. 318-119, 1971.

2. Авторское свидетельство СССР

9 803080, кл. Н 02 К 1/34, 1981 (прототип). (54)(57) 1. ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ МУЩИНА С

ВРАЩАТЕЛЬНО-КОЛЕБАТЕЛЬНЫМ ДВИЖЕНИЕМ содержащая корпус, магнитопровады, 3(5» H 02 K i 34 Н 02 К 41 00 установленные друг относительно друга с воздушным зазором, много- фазную обмотку и подвижный элемент осесимметричной формы,. установленный на ц:.нтральном стержне, который укреплен одним концом на корпусе посредством регулируемой опоры с возможностью углового смещения от продольной оси, о т:л,и ч а ю щ а я с я тем, что, с целью повышения удельной мощности и расширения функциональных воэможностей, магнитоПроводы размещены коаксиально,.на подвижном элементе концентрично оси машины установлена обмотка соленои- i дальной формы.

1072180

2. Машина по п. 1, о т л и ч а ющ а я с я тем, что поверхности магнитопроводов, обращенные к зазору, выполнены сферическими, центр которых расположен в центре опоры на оси машины.

3. Машина по пп. 1 и 2, о т л ич а ю щ а я с я тем, что обмотка соленоидальной формы установлена на внутреннем магнитопроводе, укрепленном на подвижном элементе, а наружный магнитопровод с многофаэной обмоткой установлен неподвижно на корпусе.

4. Машина по пп. 1 и 2, о т л ич а ю щ а я с я тем, что обмотка

?1зобретение относится к электрическим машинам и может быть использовано в электротехнических установках повышенной надежности, работающих в условиях вакуума и высоких .5 давлений, повышенных температур, в присутствии агрессивных сред и т.п.

Известны электрические машины с вращательно-колебательным движением, содержащие статор и ротор, соединен- 10 ный упругой связью с корпусом (1) .

Недостатки известной конструкции состоят в том, что ротор может совер«ать только колебательные возврат но-поступательные движения, а опора ротора выполнена в виде подшипника;

Это обуславливает снижение относительной мощности, сужает функциональные возможности и снижает надежность электрической машины.

Наиболее близкой к изобретению по, технической сущности и достигаемому эффекту является электрическая машина с вращательно-колебательным движением, содержащая корпус, магнитопроводы, установленные друг относительно друга с воздушным зазором; многофазную обмотку и подвижный элемент осесимметричной формы, установ- . ленный на центральном стержне, который укреплен одним концом на кор-. пусе посредством регулируемой опоры с возможностью углового смещения от продольной оси. Подвижный элемент (ротор) выполнен в виде диска с ферромагнитной активной частью, З5 помещенного в аксиальном. зазоре между сердечниками статора, который расположены друг за другом вдоль оси.

Упругая опора размещена на оси по одну сторону от диска ротора. В та-. 40 кой электрической машине отсутствуют подшипники, что повышает надежность соленоидальной формы установлена на наружном магнитопроводе, который укреплен на подвижном элементе, а внутренний магнитопровод с многофазной обмоткой установлен неподвижно на корпусе.

5. Машина по пп. 1 и 2, о т л ич а ю щ а я с я тем, что обмотка соленоидальной формы установлена на полой обечайке сферической формы, центр которой расположен в центре опоры, обечайка расположена в воздушном зазоре и укреплена на подвижном элементе, а магнитопроводы и многофазная обмотка установлены неподвижно на корпусе. и позволяет испольэовать ее в вакууме, при высоких давлениях и температурах и т.п. (2).

Недостатками конструкции машины являются пониженная удельная мощность (на единицу массы) и ограниченные функциональные воэможности.

Низкая удельная мощность машины определяется тем, что она может быть выполнена только с большим воздушным зазором, что затрудняет работу машины при пуске, сужает ее функциональные возможности.

Цель изобретения — повышение удельной мощности, расширение функциональных возможностей.

Укаэанная цель достигается тем, что в электрической машине с вращательно-колебательным движением, со-держащей корпус, магннтопроводы, установленные друг относительно дру-. га с воздушным зазором, многофазную обмотку и подвижный элемент осесимметричной формы, установленный на центральном стержне, который укреплен одним концом на корпусе посредством регулируемой опоры с возможностью углового смещения от продольной оси, магнитопроводы размещеньь коаксиально, на подвижном элементе концентрично оси машины установлена обмотка соленоидальной формы.

В электрической машине, обращенны

K зазору поверхности магнитопроводов могут быть сферическими, центр. которых расположен в центре опоры на оси машины.

Кроме того, в электрической машине обмотка соленоидальной формы может быть установлена на внутреннем магнитопроводе, укрепленном на подвижном элементе, а наружный магни1072180.провод с многофазной обмоткой установлен неподвижно на корпусе.

Обмотка соленоидальной формы может быть установлена на наружном магнитопроводе, который в свою очередь, укреплен на подвижном элементе, а внутренний магнитопровод с мн9 гофазной обмоткой установлен непо движно на корпусе.

Обмотка соленоидальной формы может быть установлена на лолой обечайке сферической формы, центр которой расположен в центре опоры, обечайка размещена в воздушном зазоре и укреплена на подвижном элементе, а магнитопроводы и миогофаз- 15 ная обмотка установлены неподвижно на корпусе.

На фиг. 1 приведена бесконтактная электрическая машина с обмоткой соленоидальной формы на внутреннем маг- 2р нитопроводе, укрепленном на подвижном элементе, продольный разрез; на фиг. 2 — то же, поперечное сечение; на фиг. 3 — модификация предлагаемой машины с обмоткой соленоидаль- 25 ной формы на наружном магнитопроводе, установленном на подвижном .элементе, поперечный разрез; на фиг., 4 то же, поперечное сечение; на фиг.5 модификация предлагаемой машины с об-3О моткой соленоидальной формы, установленной на полой обечайке сферической.формы, укрепленной на подвижном, элементе, Продольный разрез.

Электрическая машина (фиг.1 и 2) 35 содержит корпус 1, на котором установлен наружный (внутренний) магни. топровод 2 с многофазной (обычно трехфазной) обмоткой 3, уложенной в па3ах. 4 на внутренней (наружной) по- 4О верхности 5 магнитопровода 2, опору

6, выполненную, например, в виде резиновой втулки 7, центральный стержень 8, укрепленный одним концом в, опоре б с возможностью углового сме щения от продольной оси, подвижный элемент 9, содержащий гильзу 10, закрепленную на центрально . стержне 8, внутренний (наружный) магнитопровод 11, закрепленный на гильзе 10 подвижного элемента 9. На наружной (внутренней) поверхности 12 магнитопровода 11 в кольцевых пазах

13 уложена обмотка 14 соленоидальной формы, снабженная гибкими токоподводами (не показаны), вторые вы-.55 . полнены известными способ . Наруж.ный и внутреннии магнитопро оды 2 и .

11 разделены радиальным рабочим зазором 15. На внутреннем (наружном) магнитопроводе 11 для.снижения потерь 60 в стали могут быть прорезаны щелевые пазы 16. Магнитопроводы 2 и 11 при повышенных частотах тока в обмотке

3 (более 20 Гц) рационально выполнять шихтованными, при низких час1 тотах тока они могут выполняться сплошнычи. Жесткость и деформация опоры б (фиг.1) регулируется путем вдвигания стержня 8 во втулку 7 на определенную глубину. Массогабаритные и энергетические показатели машины будут наилучшими в том случае, если поверхности 5 и 12 магнитопроводов, обращенные к рабочему зазору

15 имеют сферические профили с центром на оси .лашины, с которым совмещен центр опоры б.

Обмотка 14 соленоидальной формы может быть уложена на гладкой поверхности магнитопроводов 2 и 11, не имеющей пазов. Это позволяет увеличить линейную нагрузку машины, но уменьшает магнитную индукцию в зазоре.

Обмотка 14 соленоидальной формы может быть установлена на полой сферической формы обечайке 17, укрепленной на подвижном элементе 9 (фиг.5) и расположенной в зазоре 15.

Для регулирований жесткости и деформации упругой опоры 6 используется штифт 18 Сферическая обечайка 17 выполнена Н3 непроводящего или слабо . проводящего материала (например, пластмассы). Обмотка 14 соленоидаль.ной формы прикреплена к поверхности обечайки 17 с помощью клея или запечена в его материале.

Центр сферической обечайки 17 размещен в центре опоры 6.

Для облегчения сборки и разборки машины магнитопровод, содержащий многофазную обмотку 3 может выполняться разъемным в виде двух полуколец. Обмотка 3 на, полукольцах замыкается с помощью дополни тельных разъемных контактов на лобовых частях (не показаны). Разъемным также может выполняться и магнитопровод 11, содержащий обмотку 14 соленоидальной формы. Разъем в этом случае рационально выполнять вдоль поперечной плоскости с последовательным соединением частей обмотки 14 с помощью разъемного контакта.

С той же целью облегчения сборки машины наружный и внутренний магни топроводы 2 и 11 могут выполняться сдвинутыми .друг относительно друга вдоль оси машины так, что их средние поперечные плоскости взаимно смещены, а рабочий зазор имеет куполо образную сферическую форму. .Свободный конец центрального стержня 8 сопрягается с механической нагрузкой (в режиме двигателя), требующей вращательного движения, или с приводом (в режиме генератора), обеспечивающим круговое перемещение конца центрального стержня 8, который совершает при этом коническое сканирующее движение ° Обмотка 3 под 1072180 величину аксиального отклонения какойлибо точки подвижного элемента 9 от нейтрального положения и в зависимос ти от величины этого отклонения подающий сигналы на включение соответствующих катушек или секций многофазной обмотки.

Опора стержня 8 машины может выпол- няться как в виде эластичной (напри. мер, резиновой) втулки, так и в виде пружины, сильфона, упругого стержня и т.п. В некоторых случаях подвижный зле лент 9 может крепиться с помощью упругих растяжек, мембран и т.п.

Характеристики опоры б (зависимос- . ти упругих сил от продольного и поперечного смещения) должны быть согласованы с. углом отклонения центрального стержня 8 и величиной рабочего зазора 15 таким образом, чтобы при работе машины не происходило залипание подвижного элемента 9 на неподвижном магнитопроводе из-за магнитных сил.

В качестве опоры б может быть также использован подпружиненный кардан или сферический шарнир.

Поскольку работа машины основана на балансе электромагнитных и упругих сил, рационально ее использование в режиме электромеханического резонанса. Угол отклонения стержня & и радиальные смещения подвижного элемента 9 ограничиваются узлом сопряжения конца стержня 8 с нагрузкой или приводом, Конкретные области использования конструктивных модификаций маши-. ны определяются их следующими особенностями. Конструкция машины с подвижным элементом 9, содержащим внутренний магнитопровод 2 (фиг.. 1 и 2) компактна и не имеет наружных подвижных деталей. Конструкция машины с подвижным элементом 9, содержащим наружный магнитопровод 11 (фиг. 3 и 4), позволяет повысить электромаг" нитный момент так как электромагнитные силы действуют на наружные элЕменты с увеличенным плечом, однако наличие наружных подвижных элементов 9 не всегда допустимо. Конструкция машины с .подвижным элементом 9, содер>;;ащим полую сферическУю обечайку 17 (фиг.5) обеспечивает малую инерционность машины, однако из-за увеличенного рабочегс зазора 15 электрОмагнитный момент в ней ниже, чем в других вариантах.

Предлагаемая конструкция машины позволяет увеличить ее удельную мощность по сравнению с известными аналогичными устройствами, расширить ключается к источнику переменного тока с соответствующим числом фаз, благодаря чему в рабочем зазоре созда . ется радиальный двухполюсный вращающийся магнитный поток, замыкающийся через наружный и внутренний магнитопроводы 2 и 11, как, например,в обык ной двухполюсной асинхронной машине.

Обмотка 3 может подключаться к источнику постоянного тока через полупроводниковый инвертор. B последнем слу-1О чае она может выполняться как распределенной, так и в виде сосредоточенных катушек, охватывающих зубцовые выступы магнитопроводов 2 и 11.

Электрическая машина работает следующим образом.

Обмотка 14 соленоидальной формы подключается с помощью гибких токо" проводов к источнику постоянного тока и по ней течет кольцевой ток, мно-29 гофазная обмотка 3 создает двухполюсное вращающееся магнитное поле. За счет их взаимодействия возникает объемная электромагнитная сила, действующая на обмотку 14 в.противополож- 25 ные стороны относительно оси машины.

Под действием момента подвижный элемент перекашивается и центральный стержень наклоняется под углом относительно оси машины. Поскольку маг- 3g нитный поток возбуждения вращается, будут вращаться и диаметральные. точки приложения противоположных сил.,Волна перекоса подвижного элемента 9 также вращается и свободный конец центрального стержня 8, совершающего коническое движение, описывает круговые траектории, которые передаются механической нагруз- . ке. Каждая тдчка подвижного элемента 9 при работе .двигателя совершает аксиальные колебания, причем диаметральные точки колеблются в противофазе. При этом вращение подвижного элемента 9 и центрального стерж.: ня 8 8oKpyr собственной оси отсут- 45 ствует, что и позволяет заменить подшипники опорой, обеспечивающей угловое смещение от продольной оси стержня 8.

Предлагаемая электрическая машина 50 может работать в режиме шагового или моментного двигателя, а также в ..режиме генератора.Иожно выполнить многофазную обмот ку в виде отдельных катушек, подклю- 55 ченных к источнику постоянного тока через управляемые вентили {транзисторы или тиристоры с емкостиой коммутацией)., которые включаются и от/ включаются с помощью сигналов от датчи- 60 ков положения подвижного элемента 9 °

Поскольку подвижный элемент 9 осесийметричен и не вращается, достаточно иметьодин датчик положения (напри- мер оптического типа), фиксирующий 65

1072180 Функциональные возможности машины благодаря облегчению ее запуска в двигательном режиме и работе в генераторном режиме, практически полностью устранить акустические шумы при работе.

Составитель В. Трегубов:

Редактор П.Макаревич Техред Т.Маточка Корректор A.Çèìoêoñîâ

/ Заказ 139/48 Тираж 667 . Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР но делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППЛ "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4