RU2655654C1 - Self-braking asynchronous electric motor with double squirrel-cage rotor for drive of flow lines - Google Patents

Self-braking asynchronous electric motor with double squirrel-cage rotor for drive of flow lines Download PDF

Info

Publication number
RU2655654C1
RU2655654C1 RU2017110176A RU2017110176A RU2655654C1 RU 2655654 C1 RU2655654 C1 RU 2655654C1 RU 2017110176 A RU2017110176 A RU 2017110176A RU 2017110176 A RU2017110176 A RU 2017110176A RU 2655654 C1 RU2655654 C1 RU 2655654C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
rotor
shaft
cylindrical
axial
magnetic
Prior art date
Application number
RU2017110176A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Сергей Анатольевич Попов
Александр Николаевич Плахотнюк
Дмитрий Олегович Умрихин
Александра Александровна Ладенко
Вера Сергеевна Спичак
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Кубанский государственный технологический университет" (ФГБОУ ВО "КубГТУ")
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Кубанский государственный технологический университет" (ФГБОУ ВО "КубГТУ") filed Critical Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Кубанский государственный технологический университет" (ФГБОУ ВО "КубГТУ")
Priority to RU2017110176A priority Critical patent/RU2655654C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2655654C1 publication Critical patent/RU2655654C1/en

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K17/00—Asynchronous induction motors; Asynchronous induction generators
    • H02K17/02—Asynchronous induction motors
    • H02K17/32—Structural association of asynchronous induction motors with auxiliary mechanical devices, e.g. with clutches or brakes
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K7/00—Arrangements for handling mechanical energy structurally associated with dynamo-electric machines, e.g. structural association with mechanical driving motors or auxiliary dynamo-electric machines
    • H02K7/10—Structural association with clutches, brakes, gears, pulleys or mechanical starters
    • H02K7/102—Structural association with clutches, brakes, gears, pulleys or mechanical starters with friction brakes
    • H02K7/1021—Magnetically influenced friction brakes
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K7/00—Arrangements for handling mechanical energy structurally associated with dynamo-electric machines, e.g. structural association with mechanical driving motors or auxiliary dynamo-electric machines
    • H02K7/10—Structural association with clutches, brakes, gears, pulleys or mechanical starters
    • H02K7/106—Structural association with clutches, brakes, gears, pulleys or mechanical starters with dynamo-electric brakes

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Connection Of Motors, Electrical Generators, Mechanical Devices, And The Like (AREA)

Abstract

FIELD: electrical engineering.
SUBSTANCE: invention relates to electrical engineering and can be used in aggregates and drive mechanisms with a fast and accurate automatic shutdown when the drive motor is operating in one direction, i. e. in flow lines. Self-locking asynchronous electric motor contains a stator with a cylindrical bore with an excitation winding, a cylindrical twin rotor, located on the shaft symmetrically in the axial direction relative to the stator magnetic circuit with the possibility of axial movement in the air gap formed by the parts of the rotor, between which is installed a brake spring, put on the shaft. On internal surfaces of bearing boards conic brake shoes with rigidly fixed brake slips are provisioned. Core assembly of magnetic conductors of cylindrical double rotor are laminated, and made of electric steel plates, on the external cylindrical surfaces of which there are grooves with the winding rods located in them, the ends of which are connected from the ends of the magnetic circuits by short rings. Rods of windings placed are located mirror-like relative to centre in axial direction, parallel to machine rotation axis. Core assemblies of magnetic conductors of cylindrical double rotor are connected with the shaft by means of splined connections, made mirror-wise with respect to the center of the stator magnetic conductor along the helicoidal surface with the angle of the axial slant relative to the longitudinal axis of the shaft. Direction of rotation of the rotor shaft coincides with the increase in the angle of the axial slope of the splines from the edges of the shaft to the middle.
EFFECT: technical result consists in reducing the operating time and starting currents, increasing the braking efficiency, providing positioning accuracy while maintaining high energy characteristics.
1 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к электромашиностроению и может быть использовано в агрегатах и приводных механизмах с быстрым и точным автоматическим остановом при работе приводного электродвигателя в одном направлении, т.е. в поточных линиях.The invention relates to electrical engineering and can be used in units and drive mechanisms with fast and accurate automatic stop when the drive motor in one direction, i.e. in production lines.

Известна конструкция самотормозящегося асинхронного электродвигателя со сдвоенным массивным ротором (патент РФ №2551893, опубл. бюл. №16 от 10.06.2015 г.), которая содержит статор с цилиндрической расточкой с обмоткой возбуждения, цилиндрический ферромагнитный массивный ротор, установленный на валу с возможностью аксиального перемещения, подшипниковые щиты с подшипниками, вал ротора, тормозную пружину, тормозное устройство, при этом цилиндрический ферромагнитный массивный ротор выполнен сдвоенным таким образом, что в воздушном зазоре, образованным между его частями, симметрично расположенными в осевом направлении относительно магнитопровода статора, установлена тормозная пружина, надетая на вал, и обе части изготовлены методом порошковой металлургии и имеют постоянные магнитные свойства вдоль оси вала, а на внутренних поверхностях подшипниковых щитов выполнены конические тормозные колодки с жестко закрепленными тормозными накладками.A known design of a self-braking asynchronous electric motor with a double massive rotor (RF patent No. 2551893, publ. Bull. No. 16 of 06/10/2015), which contains a stator with a cylindrical bore with a field winding, a cylindrical ferromagnetic massive rotor mounted on the shaft with the possibility of axial displacements, bearing shields with bearings, rotor shaft, brake spring, brake device, while the cylindrical ferromagnetic massive rotor is made double so that in the air gap, A brake spring mounted on the shaft is installed between its parts symmetrically located in the axial direction relative to the stator magnetic circuit, and both parts are made by powder metallurgy and have constant magnetic properties along the shaft axis, and conical brake pads are made on the inner surfaces of the bearing shields with rigid fixed brake linings.

В данной конструкции аксиальное электромагнитное усилие возникает при постоянных магнитных свойствах массивных магнитопроводов ротора вдоль длины и действует из-за стремления сдвоенных магнитопроводов ротора электродвигателя расположиться в «магнитной середине» по отношению к статору и взаимного встречного притяжения внутренних торцовых поверхностей сдвоенных магнитопроводов.In this design, the axial electromagnetic force arises with the constant magnetic properties of the massive rotor magnetic cores along the length and acts due to the tendency of the dual magnetic circuits of the electric motor rotor to be located in the "magnetic middle" with respect to the stator and the mutual counter-attraction of the internal end surfaces of the double magnetic circuits.

Самотормозящийся асинхронный электродвигатель со сдвоенным массивным ротором прост и надежен в эксплуатации, однако низкие КПД и коэффициент активной мощности (cos ϕ) двигателей с массивным ротором ограничивают их применение (Копылов И.П. Электрические машины: Учебник для вузов. - М: Энергоатомиздат, 1986. - 360 с, с. 187-188).A self-braking asynchronous double massive rotor motor is simple and reliable in operation, however, low efficiency and active power factor (cos ϕ) of massive rotor motors limit their use (IP Kopylov Electric machines: Textbook for universities. - M: Energoatomizdat, 1986 - 360 s, p. 187-188).

Наиболее близким по технической сущности к заявленному изобретению является самотормозящийся асинхронный электродвигатель со сдвоенным короткозамкнутым ротором (патент РФ №2602242, опубл. бюл. №31 от 10.11.2016 г.). Электродвигатель содержит статор с цилиндрической расточкой с обмоткой возбуждения, цилиндрический сдвоенный ротор, расположенный на валу симметрично в осевом направлении относительно магнитопровода статора с возможностью аксиального перемещения в воздушном зазоре, образованном между его частями с установленной между ними тормозной пружиной, надетой на вал, и подшипниковые щиты с подшипниками, на внутренних поверхностях которых выполнены конические тормозные колодки с жестко закрепленными тормозными накладками, при этом пакеты магнитопроводов цилиндрического сдвоенного ротора выполнены шихтованными и набраны из листов электротехнической стали, на внешних цилиндрических поверхностях которых выполнены пазы с расположенными в них стержнями обмоток, концы которых с торцов магнитопроводов соединены кольцами, соединяющими их накоротко, при этом стержни обмоток, находящиеся в пазах магнитопроводов расположены зеркально относительно его центра в аксиальном направлении параллельно оси вращения машины, а пакеты магнитопроводов цилиндрического сдвоенного ротора сопряжены с валом посредством шлицевых соединений.The closest in technical essence to the claimed invention is a self-braking asynchronous electric motor with a double squirrel-cage rotor (RF patent No. 2602242, publ. Bulletin No. 31 of November 10, 2016). The electric motor comprises a stator with a cylindrical bore with an excitation winding, a cylindrical double rotor located on the shaft symmetrically in the axial direction relative to the stator magnetic circuit with the possibility of axial movement in the air gap formed between its parts with a brake spring mounted between them, worn on the shaft, and bearing shields with bearings, on the inner surfaces of which conical brake pads are made with rigidly fixed brake linings, the cores of the cylindrical twin rotor are lined and assembled from sheets of electrical steel, on the outer cylindrical surfaces of which are made grooves with winding rods located in them, the ends of which are connected from the ends of the magnetic circuits by rings connecting them shortly, while the winding rods located in the grooves of the magnetic circuits are mirrored relative to its center in the axial direction parallel to the axis of rotation of the machine, and the packages of magnetic circuits of a cylindrical twin rotor with conjugate to the shaft via splines.

Данная конструкция позволила улучшить энергетические показатели электродвигателя (КПД и коэффициент активной мощности cos ϕ) при сохранении площади рабочей поверхности тормозного устройства, срока эксплуатации тормозных накладок, эксплуатационной надежности, эффективности торможения электрической машины и может работать в агрегатах и приводных механизмах с быстрым и точным автоматическим остановом (например, в поточных линиях). Однако особенность работы поточных линий состоит в том, что приводной электродвигатель работает в повторно-кратковременном режиме и только в одном направлении. При этом требуется более точное позиционирование приводного механизма, которое связанно с необходимостью более точного расположения изготавливаемых изделий на самой поточной линии в процессе производства.This design made it possible to improve the energy performance of the electric motor (efficiency and active power factor cos ϕ) while maintaining the area of the working surface of the brake device, the life of the brake pads, operational reliability, and the braking performance of the electric machine and can work in units and drive mechanisms with quick and accurate automatic stop (e.g. in production lines). However, a feature of the operation of production lines is that the drive motor operates in intermittent mode and in only one direction. This requires a more accurate positioning of the drive mechanism, which is associated with the need for a more accurate location of manufactured products on the production line itself during the production process.

Особенность процесса пуска самотормозящегося асинхронного электродвигателя со смещающимся ротором и влияние осевого электромагнитного усилия на скорость его срабатывания подробно описаны в источнике на стр. 31 (Ряженцев Н.П., Швец С.А. Самотормозящийся асинхронный двигатель с конусным ротором. - Новосибирск: «Наука», 1974. - 70 с.). В нем указывается то, что после подачи напряжения ротор начнет вращаться только в тот момент, когдаThe peculiarity of the starting process of a self-braking asynchronous electric motor with a shifting rotor and the influence of the axial electromagnetic force on the speed of its operation are described in detail in the source on page 31 (Ryazhentsev N.P., Shvets S.A. Self-braking asynchronous motor with a conical rotor. - Novosibirsk: “Science ", 1974. - 70 p.). It indicates that after applying voltage, the rotor will begin to rotate only at the moment when

Figure 00000001
Figure 00000001

где Мп - пусковой момент двигателя;wherein M n - engine starting torque;

Мс - момент сопротивления всего агрегата;M s - the moment of resistance of the entire unit;

Мт - тормозной момент.M t - braking torque.

Тормозной момент Мт, создаваемый тормозной пружиной, снимается аксиальным электромагнитным усилием F. Однако аксиальное электромагнитное усилие F пропорционально току намагничивания Iμ, а так как они возрастают от нуля по экспоненциальному закону, то в течение некоторого времени, пока F не увеличится до определенной величины, ротор стоит на месте. Аналогично аксиальное электромагнитное усилие F будет оказывать большое влияние на процесс торможения, проходящий при отключении питающего напряжения от обмотки статора, а именно на время срабатывания и точность позиционирования приводного механизма в целом.The braking moment M t created by the brake spring is removed by the axial electromagnetic force F. However, the axial electromagnetic force F is proportional to the magnetization current I μ , and since they increase from zero according to the exponential law, then for some time, until F increases to a certain value , the rotor stands still. Similarly, the axial electromagnetic force F will have a large impact on the braking process that occurs when the supply voltage is disconnected from the stator winding, namely, the response time and the positioning accuracy of the drive mechanism as a whole.

Использование самотормозящегося асинхронного электродвигателя со сдвоенным короткозамкнутым ротором в качестве привода поточной линии не позволит обеспечить достаточную точность позиционирования приводного механизма из-за отсутствия возможности увеличения аксиального электромагнитного усилия F, влияющего на тормозной момент и эффективность торможения.The use of a self-braking asynchronous electric motor with a double squirrel-cage rotor as a drive of the flow line will not allow for sufficient positioning accuracy of the drive mechanism due to the inability to increase the axial electromagnetic force F, which affects the braking torque and braking performance.

Заявляемое изобретение решает задачу увеличения аксиального электромагнитного усилия при работе приводного электродвигателя в одном направлении.The claimed invention solves the problem of increasing axial electromagnetic force during operation of the drive motor in one direction.

Технический результат заключается в уменьшения времени срабатывания и пусковых токов, увеличении эффективности торможения электрической машины, обеспечении точности позиционирования при сохранении высоких энергетических характеристик.The technical result consists in reducing the response time and inrush currents, increasing the braking efficiency of the electric machine, ensuring positioning accuracy while maintaining high energy characteristics.

Технический результат достигается тем, что самотормозящийся асинхронный электродвигатель со сдвоенным короткозамкнутым ротором для привода поточных линий содержит статор с цилиндрической расточкой с обмоткой возбуждения, цилиндрический сдвоенный ротор, расположенный на валу симметрично в осевом направлении относительно магнитопровода статора с возможностью аксиального перемещения в воздушном зазоре, образованном частями ротора, между которыми установлена тормозная пружина, надетая на вал, подшипниковые щиты с подшипниками, на внутренних поверхностях которых выполнены конические тормозные колодки с жестко закрепленными тормозными накладками, причем пакеты магнитопроводов цилиндрического сдвоенного ротора выполнены шихтованными и набраны из листов электротехнической стали, на внешних цилиндрических поверхностях которых выполнены пазы с расположенными в них стержнями обмоток, концы которых с торцов магнитопроводов соединены кольцами накоротко, причем стержни обмоток, находящиеся в пазах магнитопроводов расположены зеркально относительно центра в аксиальном направлении параллельно оси вращения машины, а пакеты магнитопроводов цилиндрического сдвоенного ротора сопряжены с валом посредством шлицевых соединений, при этом шлицевые соединения выполнены зеркально относительно центра магнитопровода статора по геликоидной поверхности с углом осевого скоса относительно продольной оси вала, а направление вращения вала ротора совпадает с увеличением угла осевого скоса шлицевых соединений от краев вала к середине.The technical result is achieved in that a self-braking asynchronous electric motor with a double squirrel-cage rotor for driving production lines contains a stator with a cylindrical bore with an excitation winding, a cylindrical double rotor located on the shaft symmetrically in the axial direction relative to the stator magnetic circuit with the possibility of axial movement in the air gap formed by parts rotors, between which a brake spring is mounted on the shaft, bearing shields with bearings, on the morning surfaces of which are made of conical brake pads with rigidly fixed brake linings, and the packages of the magnetic circuits of a cylindrical twin rotor are lined and assembled from sheets of electrical steel, on the outer cylindrical surfaces of which are made grooves with winding rods located in them, the ends of which are connected from the ends of the magnetic circuits by short rings moreover, the rods of the windings located in the grooves of the magnetic circuits are located mirror-like relative to the center in the axial direction parallel to the axis of rotation of the machine, and the packages of the magnetic circuits of the cylindrical twin rotor are coupled to the shaft by means of spline connections, while the spline connections are made mirror-like relative to the center of the stator magnetic circuit along the helicoid surface with an axial bevel angle relative to the longitudinal axis of the shaft, and the direction of rotation of the rotor shaft coincides the angle of the axial bevel of the spline joints from the edges of the shaft to the middle.

Так как чередование фаз подаваемого напряжения на m-фазную обмотку возбуждения статора предварительно согласовано таким образом, чтобы направление вращения вала ротора совпадало с увеличением угла осевого скоса шлицевых соединений от краев вала к середине, то в момент пуска двигателя вращающееся магнитное поле при взаимодействии с токами короткозамкнутой обмотки ротора приведет к возникновению крутящего момента, который будет действовать на пакеты магнитопроводов цилиндрического сдвоенного ротора. При этом пакеты магнитопроводов цилиндрического сдвоенного ротора сопряжены подвижно в аксиальном направлении с валом посредством шлицевых соединений, которые выполнены зеркально относительно центра магнитопровода статора по геликоидной поверхности с углом осевого скоса шлицевых соединений относительно продольной оси вала, и при заторможенном вале ротора, который соединен неподвижно с приводным механизмом, обе две части сдвоенного ротора под воздействием крутящего момента будут накручиваться по шлицевым соединениям к центру магнитопровода статора, дополнительно увеличивая аксиальное электромагнитное усилие F и ускоряя момент времени, при котором сдвоенные части ротора полностью отодвинутся от тормозных накладок и ротор освободится от тормозного устройства. Ускорение времени срабатывания ведет к тому, что подключенный при пуске под напряжение электродвигатель находится в заторможенном состоянии (под действием тормозного устройства) меньший промежуток времени, что ведет к уменьшению пусковых токов, протекающих по обмоткам электродвигателя в этот промежуток времени.Since the phase rotation of the applied voltage to the m-phase stator excitation winding is preliminarily coordinated so that the direction of rotation of the rotor shaft coincides with an increase in the axial bevel angle of the spline joints from the shaft edges to the middle, at the time of starting the engine, a rotating magnetic field interacts with short-circuited currents the rotor winding will lead to a torque that will act on the packages of the magnetic circuits of the cylindrical twin rotor. In this case, the packages of the magnetic circuits of the cylindrical dual rotor are axially movably coupled to the shaft by means of splined joints, which are made mirror-like relative to the center of the stator magnetic circuit along a helicoid surface with an axial bevel angle of the splined joints relative to the longitudinal axis of the shaft, and when the rotor shaft is locked, which is fixedly connected to the drive by the mechanism, both two parts of the twin rotor under the influence of torque will be wound along the spline joints to the center of the magnet stator conduit, further increasing the axial electromagnetic force F and accelerating the time at which the twin parts of the rotor completely move away from the brake pads and the rotor is freed from the brake device. Acceleration of the response time leads to the fact that the electric motor connected during start-up under voltage is in a braked state (under the influence of the braking device) for a shorter period of time, which leads to a decrease in the starting currents flowing through the motor windings during this period of time.

При отключении напряжения от m-фазной обмотки возбуждения статора будет происходить угасание энергии электромагнитного поля, и это приведет к уменьшению скорости вращения ротора. При этом уменьшение скорости сдвоенного магнитопровода ротора будет проходить быстрее, чем уменьшение скорости в приводном механизме из-за большого момента инерции приводного механизма. Разница скоростей пакетов магнитопроводов цилиндрического сдвоенного ротора и приводного механизма будет способствовать тому, что части пакетов магнитопроводов цилиндрического сдвоенного ротора получат дополнительное ускорение за счет избыточного момента приводного механизма для ускоренного скручивания их по шлицевым соединениям от центра магнитопровода статора к тормозному устройству. Причем большая инерционность приводного механизма будет сказываться положительно и способствовать уменьшению времени срабатывания, то есть времени после отключения напряжения от m-фазной обмотки возбуждения статора до полной остановки механизма. Кроме этого, наличие угла осевого скоса шлицевых соединений относительно продольной оси вала при скручивании пакетов магнитопроводов цилиндрического сдвоенного ротора по шлицевым соединениям от центра магнитопровода статора к тормозному устройству позволяет увеличить аксиальное электромагнитное усилие из-за дополнительного воздействия реакции шлицевых соединений на сдвоенные части пакетов магнитопроводов и будет способствовать увеличению эффективности торможения и точности позиционирования.When the voltage is disconnected from the m-phase stator excitation winding, the electromagnetic field energy will fade, and this will lead to a decrease in the rotor speed. In this case, the decrease in the speed of the dual magnetic circuit of the rotor will pass faster than the decrease in speed in the drive mechanism due to the large moment of inertia of the drive mechanism. The difference in the speeds of the packages of the magnetic circuits of the cylindrical dual rotor and the drive mechanism will help to ensure that parts of the packages of the magnetic circuits of the cylindrical dual rotor will receive additional acceleration due to the excessive moment of the drive mechanism for faster twisting along the spline joints from the center of the stator magnetic circuit to the brake device. Moreover, the large inertia of the drive mechanism will have a positive effect and contribute to reducing the response time, that is, the time after disconnecting the voltage from the m-phase stator excitation winding until the mechanism stops completely. In addition, the presence of the angle of the axial bevel of the spline joints relative to the longitudinal axis of the shaft when twisting the packages of the magnetic circuits of the cylindrical twin rotor along the spline connections from the center of the stator magnetic circuit to the brake device allows increasing the axial electromagnetic force due to the additional effect of the reaction of the spline connections on the double parts of the packages of magnetic circuits and will help increase braking performance and positioning accuracy.

На фиг. 1 показан общий вид самотормозящегося асинхронного электродвигателя со сдвоенным короткозамкнутым ротором для привода поточных линий.In FIG. 1 shows a general view of a self-braking asynchronous electric motor with a double squirrel-cage rotor for driving production lines.

Самотормозящийся асинхронный электродвигатель со сдвоенным короткозамкнутым ротором для привода поточных линий содержит корпус 1, в котором размещен шихтованный магнитопровод статора 2, имеющий цилиндрическую расточку с m-фазной обмоткой возбуждения статора 3.A self-braking asynchronous electric motor with a double squirrel-cage rotor for driving production lines contains a housing 1 in which a lined stator magnetic circuit 2 is located, having a cylindrical bore with an m-phase stator excitation winding 3.

Пакеты магнитопроводов 4, 5 цилиндрического сдвоенного ротора выполнены шихтованными с пазами на внешних цилиндрических поверхностях, в которых расположены стержни обмоток 6, 7, концы которых с торцов пакетов магнитопроводов 4, 5 соединены накоротко кольцами 8, 9 и 10, 11 соответственно. Пазы со стержнями обмоток 6, 7 располагаются зеркально относительно центра магнитопроводов в аксиальном направлении, параллельно оси вращения машины. Пакеты магнитопроводов 4, 5 имеют возможность свободного встречного перемещения вдоль вала 12 и соединены с ним посредством шлицевых соединений 13. При этом шлицевые соединения 13 выполнены зеркально относительно центра магнитопровода статора 2 по геликоидной поверхности с углом α осевого скоса шлицевых соединений 13 относительно продольной оси вала 12. При проектировании и изготовлении данного электродвигателя необходимо отталкиваться от задач, которые будут предъявляться к конкретному электроприводу, и максимально требовательно подходить к выбору величины угла α осевого скоса шлицевых соединений 13 относительно продольной оси вала 12, так как она будет влиять на характеристики машины. При этом увеличение угла α осевого скоса шлицевых соединений 13 относительно продольной оси вала 12 будет пропорционально увеличивать аксиальное электромагнитное усилие.The packages of the magnetic circuits 4, 5 of the cylindrical twin rotor are made lined with grooves on the outer cylindrical surfaces, in which the rods of the windings 6, 7 are located, the ends of which from the ends of the packages of the magnetic circuits 4, 5 are short-circuited by rings 8, 9 and 10, 11, respectively. The grooves with the rods of the windings 6, 7 are mirrored relative to the center of the magnetic cores in the axial direction, parallel to the axis of rotation of the machine. The packages of magnetic cores 4, 5 have the possibility of free oncoming movement along the shaft 12 and are connected to it by means of spline connections 13. In this case, the spline connections 13 are made mirror-like relative to the center of the magnetic circuit of the stator 2 along a helicoid surface with an angle α of the axial bevel of the spline connections 13 relative to the longitudinal axis of the shaft 12 . When designing and manufacturing this electric motor, it is necessary to proceed from the tasks that will be presented to a particular electric drive, and the approach as demanding as possible to be the choice of the angle α of the axial canting of splines 13 about the longitudinal axis of the shaft 12, as it will affect the characteristics of the machine. Moreover, an increase in the angle α of the axial bevel of the splined joints 13 relative to the longitudinal axis of the shaft 12 will proportionally increase the axial electromagnetic force.

Применение шлицевых соединений 13 для совмещения вала 12 с пакетами магнитопроводов 4, 5 позволяет точно центрировать пакеты магнитопроводов 4, 5 ротора по отношению к магнитопроводу статора 2 и иметь запас надежности при динамических нагрузках при относительном аксиальном перемещении.The use of spline connections 13 to align the shaft 12 with the packages of magnetic circuits 4, 5 allows you to accurately center the packages of magnetic circuits 4, 5 of the rotor relative to the magnetic circuit of the stator 2 and have a margin of safety under dynamic loads with relative axial movement.

Между пакетами магнитопроводов 4, 5 на валу 12 расположена тормозная пружина 14, которая разжимает их при отсутствии напряжения на m-фазной обмотке возбуждения статора 3, образуя воздушный зазор δ. Суммарная длина сдвоенных пакетов магнитопроводов 4,5 при сжатой тормозной пружине 14 без воздушного зазора δ равна длине магнитопровода статора 2.Between the packages of magnetic cores 4, 5, a brake spring 14 is located on the shaft 12, which unclenches them in the absence of voltage on the m-phase excitation winding of the stator 3, forming an air gap δ. The total length of the double packages of the magnetic cores 4.5 with a compressed brake spring 14 without an air gap δ is equal to the length of the magnetic circuit of the stator 2.

Подшипниковые щиты 15, 16 крепятся в корпусе 1 посредством болтов 17, 18. Вал 12 базируется в подшипниковых щитах 15, 16 при помощи радиальных подшипников 19, 20, внутренние кольца которых упираются в его выступы, а внешние кольца фиксируются в подшипниковых щитах 15, 16 при помощи крышек 21, 22 посредством болтов 23, 24. Между магнитопроводом статора 2 и пакетами магнитопроводов 4, 5 имеется рабочий воздушный зазор, который позволяет вращаться ротору относительно магнитопровода статора 2 на радиальных подшипниках 19, 20.The bearing shields 15, 16 are mounted in the housing 1 by means of bolts 17, 18. The shaft 12 is based on the bearing shields 15, 16 using radial bearings 19, 20, the inner rings of which abut against its protrusions, and the outer rings are fixed in the bearing shields 15, 16 by means of covers 21, 22 by means of bolts 23, 24. Between the stator 2 magnetic circuit and the magnetic circuit packages 4, 5 there is a working air gap that allows the rotor to rotate relative to the stator 2 magnetic circuit on radial bearings 19, 20.

На внешних торцевых поверхностях пакетов магнитопроводов 4, 5 сдвоенного ротора неподвижно закреплены конические закаленные пластины 29, 30. С внутренней стороны подшипниковых щитов 15, 16 в форме выступов выполнены конические тормозные колодки 25, 26, на которых жестко закреплены тормозные накладки 27, 28. Равномерный износ тормозных накладок 27, 28 тормозного устройства обеспечивается при условии, что на стадии изготовления и сборки осуществляется симметричное расположение в аксиальном направлении цилиндрического пакета ротора, состоящего из двух пакетов магнитопроводов 4, 5, к магнитопроводу статора 2 и зеркальное расположение пазов с расположенными в них стержнями обмоток 6, 7 относительно его центра.On the outer end surfaces of the packages of magnetic circuits 4, 5 of the twin rotor, conical hardened plates 29, 30 are fixedly fixed. On the inside of the bearing shields 15, 16, conical brake pads 25, 26 are made in the form of protrusions, on which brake linings 27, 28 are rigidly fixed. wear of the brake linings 27, 28 of the brake device is provided provided that at the stage of manufacture and assembly a symmetrical arrangement in the axial direction of the cylindrical rotor package consisting of vukh packages of magnetic circuits 4, 5, to the magnetic circuit of the stator 2 and the mirror arrangement of the grooves with the rods of the windings 6, 7 located in them relative to its center.

Самотормозящийся асинхронный электродвигатель со сдвоенным короткозамкнутым ротором для привода поточных линий работает следующим образом.Self-braking asynchronous electric motor with a double squirrel-cage rotor for driving production lines works as follows.

Чередование фаз подаваемого напряжения на m-фазную обмотку возбуждения статора предварительно согласовано таким образом, чтобы направление вращения вала 12 совпадало с увеличением угла α осевого скоса шлицевых соединений 13 от его краев к середине. При подаче напряжения на m-фазную обмотку возбуждения статора 3 возникает основной магнитный поток и потоки рассеивания, которые пересекают рабочий воздушный зазор, пакеты магнитопроводов 4, 5, а также воздушный зазор δ.The phase rotation of the applied voltage to the m-phase stator field winding is preliminarily coordinated so that the direction of rotation of the shaft 12 coincides with an increase in the angle α of the axial bevel of the splined joints 13 from its edges to the middle. When a voltage is applied to the m-phase excitation winding of the stator 3, the main magnetic flux and dispersion fluxes occur that cross the working air gap, magnetic core packages 4, 5, and also the air gap δ.

Под действием аксиального электромагнитного усилия, вызванного основным магнитным потоком и потоками рассеивания лобовых частей (из-за стремления ротора электродвигателя расположиться в «магнитной середине» по отношению к статору, то есть в том положении, в котором магнитное сопротивление воздушного зазора δ имеет наименьшее значение, что соответствует наиболее выгодному энергетическому положению), конические закаленные пластины 29, 30 вместе с пакетами магнитопроводов 4, 5 встречно перемещаются, скользя по шлицевым соединениям 13 вдоль вала 12, сжимая при этом тормозную пружину 14 и растормаживая двигатель.Under the action of axial electromagnetic force caused by the main magnetic flux and scattering fluxes of the frontal parts (due to the tendency of the electric motor rotor to be located in the “magnetic middle” with respect to the stator, that is, in the position in which the magnetic resistance of the air gap δ has the least value, which corresponds to the most favorable energy position), the conical hardened plates 29, 30 together with the packages of magnetic cores 4, 5 move counter-gliding along the spline joints 13 along shaft 12, while compressing the brake spring 14 and releasing the engine.

Одновременно с этим основной магнитный поток пересекает пакеты магнитопроводов 4, 5 с расположенными на них стержнями обмоток 6, 7, концы которых с торцов пакетов магнитопроводов 4, 5 соединены накоротко кольцами 8, 9 и 10, 11 соответственно, и наводит в них ЭДС. Так как концы стержней обмоток 6, 7 соединены накоротко, образуя замкнутую цепь, то по ним будет протекать ток. Вращающееся магнитное поле при взаимодействии с токами, протекающими по стержням обмоток 6, 7 ротора, приведет к возникновению крутящего момента (по закону Ампера), который будет действовать на пакеты магнитопроводов 4, 5 сдвоенного ротора.At the same time, the main magnetic flux crosses the packages of magnetic cores 4, 5 with the rods of windings 6, 7 located on them, the ends of which from the ends of the packages of magnetic cores 4, 5 are short-circuited by rings 8, 9 and 10, 11, respectively, and induces an EMF in them. Since the ends of the rods of the windings 6, 7 are connected shortly, forming a closed circuit, a current will flow through them. A rotating magnetic field when interacting with currents flowing through the rods of the rotor windings 6, 7 will cause a torque (according to Ampere's law) that will act on the packages of magnetic circuits 4, 5 of the twin rotor.

Подшипниковые щиты 15, 16 крепятся в корпусе 1 посредством болтов 17, 18. При этом вал 12 базируется в подшипниковых щитах 15, 16 при помощи радиальных подшипников 19, 20, внутренние кольца которых упираются в его выступы, а внешние кольца фиксируются в подшипниковых щитах 15, 16 при помощи крышек 21, 22 посредством болтов 23, 24. Между магнитопроводом статора 2 и пакетами магнитопроводов 4, 5 имеется рабочий воздушный зазор, который дает возможность одновременно вращаться пакетам магнитопроводов 4, 5 ротора относительно магнитопровода статора 2 на радиальных подшипниках 19, 20 и перемещаться в аксиальном направлении вдоль вала 12 на шлицевых соединениях 13.The bearing shields 15, 16 are mounted in the housing 1 by means of bolts 17, 18. The shaft 12 is based on the bearing shields 15, 16 using radial bearings 19, 20, the inner rings of which abut against its protrusions, and the outer rings are fixed in the bearing shields 15 , 16 by means of covers 21, 22 by means of bolts 23, 24. Between the stator 2 magnetic circuit and the packages of magnetic circuits 4, 5 there is a working air gap, which makes it possible to simultaneously rotate the packages of magnetic circuits 4, 5 of the rotor relative to the stator 2 magnetic circuit on radial The bearings 19, 20 and move axially along the shaft 12 on splines 13.

Так как пакеты магнитопроводов 4, 5 сдвоенного ротора сопряжены подвижно в аксиальном направлении с валом 12 посредством шлицевых соединений 13, которые выполнены зеркально относительно центра магнитопровода статора 2 по геликоидной поверхности с углом α осевого скоса шлицевых соединений 13 относительно продольной оси вала 12, то при заторможенном вале 12 ротора, который соединен неподвижно с приводным механизмом, пакеты магнитопроводов 4, 5 сдвоенного ротора под воздействием крутящего момента будут накручиваться по шлицевым соединениям 13 к центру магнитопровода статора 2, расположенного неподвижно в корпусе 1, дополнительно увеличивая имеющееся аксиальное электромагнитное усилие F и тем самым ускоряя момент времени, при котором сдвоенные части пакетов магнитопроводов 4, 5 ротора полностью отодвинутся от тормозных накладок 27, 28, и ротор освободится от тормозного устройства. В процессе пуска воздушный зазор δ сокращается до нуля и далее не влияет на режим работы двигателя.Since the packages of the magnetic circuits 4, 5 of the double rotor are axially movably coupled to the shaft 12 by means of spline connections 13, which are made mirror-like with respect to the center of the stator 2 magnetic circuit along a helicoid surface with an angle α of the axial bevel of the spline connections 13 with respect to the longitudinal axis of the shaft 12, shaft 12 of the rotor, which is fixedly connected to the drive mechanism, the packages of magnetic circuits 4, 5 of the twin rotor under the influence of torque will be wound along the splined joints 13 to the center of the magnetic circuit of the stator 2, which is stationary in the housing 1, further increasing the available axial electromagnetic force F and thereby accelerating the time at which the double parts of the packages of the magnetic circuits 4, 5 of the rotor completely move away from the brake linings 27, 28, and the rotor is released from the brake device . During start-up, the air gap δ is reduced to zero and then does not affect the engine operating mode.

Отключение m-фазной обмотки возбуждения статора 3 от источника питания приведет к угасанию энергии электромагнитного поля электродвигателя. Это вызовет постепенное уменьшение скорости вращения ротора и, соответственно, то, что основной магнитный поток будет не в состоянии удерживать конические закаленные пластины 29, 30 вместе с пакетами магнитопроводов 4, 5 в рабочем положении. При этом уменьшение скорости вращения пакетов магнитопроводов 4, 5 ротора будет проходить быстрее, чем уменьшение скорости приводного механизма из-за большой разницы их моментов инерции. Разница скоростей пакетов магнитопроводов 4, 5 ротора и приводного механизма будет способствовать тому, что пакеты магнитопроводов 4, 5 ротора получат дополнительное ускорение за счет избыточного момента приводного механизма для ускоренного скручивания их по шлицевым соединениям 13 от центра магнитопровода статора 2 к тормозному устройству. Кроме этого, наличие угла α осевого скоса шлицевых соединений 13 относительно продольной оси вала 12 при скручивании пакетов магнитопроводов 4, 5 ротора по шлицевым соединениям 13 от центра магнитопровода статора 2 к тормозному устройству позволяет увеличить аксиальное электромагнитное усилие F из-за дополнительного воздействия реакции шлицевых соединений 13 на пакеты магнитопроводов 4, 5 ротора и будет способствовать увеличению эффективности торможения и точности позиционирования.Disconnecting the m-phase excitation winding of the stator 3 from the power source will fade the energy of the electromagnetic field of the electric motor. This will cause a gradual decrease in the rotor speed and, accordingly, the fact that the main magnetic flux will not be able to hold the conical hardened plates 29, 30 together with the packages of magnetic cores 4, 5 in the working position. In this case, a decrease in the speed of rotation of the packages of the magnetic circuits 4, 5 of the rotor will pass faster than a decrease in the speed of the drive mechanism due to the large difference in their moments of inertia. The difference in the speeds of the packages of the magnetic circuits 4, 5 of the rotor and the drive mechanism will ensure that the packages of the magnetic circuits 4, 5 of the rotor will receive additional acceleration due to the excess torque of the drive mechanism for accelerated twisting them through the spline connections 13 from the center of the magnetic circuit of the stator 2 to the brake device. In addition, the presence of an angle α of the axial bevel of the splined joints 13 relative to the longitudinal axis of the shaft 12 when twisting the packages of magnetic circuits 4, 5 of the rotor along the splined joints 13 from the center of the magnetic circuit of the stator 2 to the braking device allows increasing the axial electromagnetic force F due to the additional effect of the reaction of the splined joints 13 to the packages of magnetic circuits 4, 5 of the rotor and will increase the braking efficiency and positioning accuracy.

Дополнительно к этому тормозная пружина 14 вызывает взаимное аксиальное смещение конических закаленных пластин 29, 30 вместе с пакетами магнитопроводов 4, 5. При этом каждая коническая закаленная пластина 29, 30 входит в контакт со своей тормозной накладкой 27, 28, а между внутренними торцевыми поверхностями пакетов магнитопроводов 4, 5 образуется воздушный зазор δ. В результате трения конусных поверхностей сопряжения конических закаленных пластин 29, 30 ротора и тормозных накладок 27, 28, жестко закрепленных на конических тормозных колодках 25, 26, происходит остановка ротора.In addition, the brake spring 14 causes mutual axial displacement of the conical hardened plates 29, 30 together with the packages of magnetic cores 4, 5. Moreover, each conical hardened plate 29, 30 comes into contact with its brake lining 27, 28, and between the inner end surfaces of the packages magnetic circuits 4, 5, an air gap δ is formed. As a result of friction of the conical mating surfaces of the conical hardened rotor plates 29, 30 and brake linings 27, 28, rigidly fixed to the conical brake pads 25, 26, the rotor stops.

Claims (1)

Самотормозящийся асинхронный электродвигатель со сдвоенным короткозамкнутым ротором для привода поточных линий, содержащий статор с цилиндрической расточкой с обмоткой возбуждения, цилиндрический сдвоенный ротор, расположенный на валу симметрично в осевом направлении относительно магнитопровода статора с возможностью аксиального перемещения в воздушном зазоре, образованном частями ротора, между которыми установлена тормозная пружина, надетая на вал, подшипниковые щиты с подшипниками, на внутренних поверхностях которых выполнены конические тормозные колодки с жестко закрепленными тормозными накладками, причем пакеты магнитопроводов цилиндрического сдвоенного ротора выполнены шихтованными и набраны из листов электротехнической стали, на внешних цилиндрических поверхностях которых выполнены пазы с расположенными в них стержнями обмоток, концы которых с торцов магнитопроводов соединены кольцами накоротко, причем стержни обмоток, находящиеся в пазах магнитопроводов, расположены зеркально относительно центра в аксиальном направлении параллельно оси вращения машины, а пакеты магнитопроводов цилиндрического сдвоенного ротора сопряжены с валом посредством шлицевых соединений, отличающийся тем, что шлицевые соединения выполнены зеркально относительно центра магнитопровода статора по геликоидной поверхности с углом осевого скоса относительно продольной оси вала, а направление вращения вала ротора совпадает с увеличением угла осевого скоса шлицевых соединений от краев вала к середине.A self-braking asynchronous electric motor with a double squirrel-cage rotor for driving production lines, comprising a stator with a cylindrical bore with an excitation winding, a cylindrical double rotor located on the shaft symmetrically in the axial direction relative to the stator magnetic circuit with the possibility of axial movement in the air gap formed by the parts of the rotor, between which are installed a brake spring worn on the shaft, bearing shields with bearings, on the inner surfaces of which are made conical brake pads with rigidly fixed brake linings, and the packages of the magnetic circuits of a cylindrical twin rotor are lined and assembled from sheets of electrical steel, on the outer cylindrical surfaces of which are made grooves with winding rods located in them, the ends of which are connected by short rings from the ends of the magnetic conductors, and the winding rods located in the grooves of the magnetic circuits are located mirror-relative to the center in the axial direction parallel to the axis of rotation I’m a machine, and the packages of the magnetic circuits of a cylindrical twin rotor are coupled to the shaft by means of spline connections, characterized in that the spline connections are made mirror-like relative to the center of the stator magnetic circuit along a helicoid surface with an axial bevel angle relative to the longitudinal axis of the shaft, and the direction of rotation of the rotor shaft coincides with an increase in the axial angle bevel splined joints from the edges of the shaft to the middle.
RU2017110176A 2017-03-27 2017-03-27 Self-braking asynchronous electric motor with double squirrel-cage rotor for drive of flow lines RU2655654C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2017110176A RU2655654C1 (en) 2017-03-27 2017-03-27 Self-braking asynchronous electric motor with double squirrel-cage rotor for drive of flow lines

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2017110176A RU2655654C1 (en) 2017-03-27 2017-03-27 Self-braking asynchronous electric motor with double squirrel-cage rotor for drive of flow lines

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2655654C1 true RU2655654C1 (en) 2018-05-29

Family

ID=62560511

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2017110176A RU2655654C1 (en) 2017-03-27 2017-03-27 Self-braking asynchronous electric motor with double squirrel-cage rotor for drive of flow lines

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2655654C1 (en)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1823083A1 (en) * 1990-02-13 1993-06-23 Ki I Inzh Grazhdanskoj Aviat Self-braking asynchronous motor
CN202475201U (en) * 2012-02-09 2012-10-03 宁波新大通电机有限公司 Solid-rotor self-braking three-phase asynchronous motor
CN202978641U (en) * 2012-12-27 2013-06-05 宁波新大通电机有限公司 Composite-rotor self-braking three-phase asynchronous motor
RU2551893C1 (en) * 2014-02-25 2015-06-10 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Кубанский государственный технологический университет" (ФГБОУ ВПО "КубГТУ") Self-braking asynchronous electric motor with dual massive rotor
RU2602242C1 (en) * 2015-05-12 2016-11-10 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Кубанский государственный технологический университет" (ФГБОУ ВО "КубГТУ") Self-braking asynchronous electric motor with dual squirrel-cage rotor

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1823083A1 (en) * 1990-02-13 1993-06-23 Ki I Inzh Grazhdanskoj Aviat Self-braking asynchronous motor
CN202475201U (en) * 2012-02-09 2012-10-03 宁波新大通电机有限公司 Solid-rotor self-braking three-phase asynchronous motor
CN202978641U (en) * 2012-12-27 2013-06-05 宁波新大通电机有限公司 Composite-rotor self-braking three-phase asynchronous motor
RU2551893C1 (en) * 2014-02-25 2015-06-10 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Кубанский государственный технологический университет" (ФГБОУ ВПО "КубГТУ") Self-braking asynchronous electric motor with dual massive rotor
RU2602242C1 (en) * 2015-05-12 2016-11-10 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Кубанский государственный технологический университет" (ФГБОУ ВО "КубГТУ") Self-braking asynchronous electric motor with dual squirrel-cage rotor

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN102324829B (en) Adjustable axial asynchronous magnetic force coupler
US10663041B2 (en) Jam-tolerant electric linear actuator
CN106063095B (en) Permanent-magnet type electric rotating machine
RU2602242C1 (en) Self-braking asynchronous electric motor with dual squirrel-cage rotor
US20150091366A1 (en) Wheel drive apparatus and forklift
JPS60216738A (en) Motor having brake
RU2655654C1 (en) Self-braking asynchronous electric motor with double squirrel-cage rotor for drive of flow lines
RU2551893C1 (en) Self-braking asynchronous electric motor with dual massive rotor
RU2558704C1 (en) Double axial asynchronous machine with in-built brake mechanism
RU2661641C1 (en) Self-braking asynchronous electric motor with double squirrel-cage rotor for drive of flow lines
KR101957224B1 (en) Drive for a machine, torque motor, clutch unit, device for processing materials, and use of a torque motor
RU2655378C1 (en) Self-braking double axial asynchronous electric motor for flow line drive
JP2015039265A (en) Motor, wet type brake, and wet type clutch
CN103867290B (en) Turbocharger embedding an electrical machine with permanent magnets
US3502918A (en) Electric motors
CN104578568A (en) Motor
CN111431365B (en) Cross magnetic flux rolling brush laminated rotor motor
CN107800267A (en) Pivoting support disc type magnetic coupler
EP3477827B1 (en) Electric motor with a multi-profile, multi-sectional, sliding rotor
RU2461947C1 (en) Controlled cascade electric actuator with liquid current terminal
CN107078625A (en) D type ball-screw electric speed regulation disc type magnetic couplers
CN105896926A (en) 901-model slewing bearing disc magnetic coupler
RU2642435C1 (en) Self-braking coupled axial asynchronous motor
CN105896887A (en) J-type groove cam electric speed regulation disk type magnetic coupler
CN215817884U (en) Disc type self-adjusting air gap permanent magnet flexible connection device

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20190328