торцевая электрическая асинхронная машина

Формула изобретения

1. ТОРЦЕВАЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ АСИНХРОННАЯ МАШИНА, содержащая кольцевой магнитопровод статора с обмоткой возбуждения и кольцевой магнитопровод ротора с короткозамкнутой обмоткой, установленный консольно на выходом валу, подшипники, опорный щит, отличающаяся тем, что в опорном щите закреплен элемент в виде стакана с кольцевым выступом, при этом один подшипник расположен внутри стакана и его внутреннее кольцо охватывает вал ротора, а второй подшипник расположен снаружи стакана на его кольцевом выступе и его наружное кольцо охвачено фланцем выходного вала.

2. Машина по п.1, отличающаяся тем, что внутри стакана размещено упругое звено, обеспечивающее осевой натяг подшипников.

3. Машина по п.1 или 2, отличающаяся тем, что магнитопровод статора установлен на крышке, жестко присоединенной к опорному щиту и снабженной регулировочной прокладкой.

4. Машина по п.1, или 2, или 3, отличающаяся тем, что выходной вал имеет центральное шлицевое отверстие.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к электротехнике, а именно к торцовым электрическим асинхронным машинам с одним статором и одним ротором.

Известна торцовая асинхронная машина [1] содержащая ротор, жестко посаженный на выходному валу, опирающемся на подшипники, расположенные в подшипниковых щитах с обеих сторон ротора, закрепленный на роторе магнитопровод с короткозамкнутой обмоткой, а также статор, несущий магнитопровод с m-фазной обмоткой, который расположен соосно с магнитопроводом ротора.

Однако традиционное расположение ротора между опорными подшипниками выходного вала не дает возможности уменьшить аксиальные размеры торцовой асинхронной машины, приводит к увеличению ее материалоемкости, затрудняет использование в качестве встроенного оборудования при конструировании приводов исполнительных механизмов, ухудшает технологичность сборочных и ремонтных операций. При уменьшенном расстоянии между опорными подшипниками выходного вала, увеличенном радиусе размещения магнитопроводов ротора и статора и малом зазоре между ними возможно прилипание магнитопроводов вследствие действия сил магнитного притяжения, что также связано с появлением зазоров в подшипниках между телами качения и беговыми дорожками колец по мере их износа. Вследствие указанных недостатков значительно уменьшить осевые габариты и повысить эксплуатационную надежность машины не удается.

В известном торцовом асинхронном двигателе [2] содержащем по две попарно концентрично расположенные обмотки статора и ротора, осевые силы магнитного притяжения внешних и внутренних пакетов статора и ротора компенсированы. Но это достигается за счет усложнения конструкции, ухудшения ее технологичности. Кроме того, полностью исключить явление прилипания магнитопроводов статора и ротора из-за появления радиальных зазоров между телами качения и беговыми дорожками колец подшипников не удается, и традиционное размещение ротора между опорными подшипниками выходного вала двигателя не позволяет уменьшить его аксиальные размеры.

Наиболее близок к заявляемому торцовый двигатель [3] в котором ротор в опорных подшипниках установлен консольно, что упрощает конструкцию и повышает ее технологичность. Подшипниковый узел этого двигателя состоит из пары радиально-упорных подшипников, собираемых с предварительным натягом по Х-схеме, и радиального шарикоподшипника, установленных наружными кольцами в базовом щите статора и охватывающих внутренними кольцами вал ротора.

К недостаткам этого асинхронного двигателя относятся его увеличенные размеры в осевом направлении, обусловленные в основном конструкцией опорного подшипникового узла, а также отсутствием автоматической компенсации радиальных зазоров между телами качения подшипников и беговыми дорожками колец, возникающих вследствие износа трущихся поверхностей при вращении ротора и приводящих к ослаблению предварительного натяга радиально-упорных подшипников. Последнее при малом зазоре между магнитопроводами статора и ротора и увеличенных радиальных размерах двигателя может привести к выворачиванию ротора в осевой плоскости и контакту поверхностей магнитопроводов из-за действия сил магнитного притяжения, а также поперечных сил, передаваемых на вал ротора исполнительным механизмом.

Изобретение решает задачу уменьшения аксиальных размеров асинхронной машины и повышения ее эксплуатационной надежности.

Это достигается тем, что в торцовой электрической асинхронной машине, содержащей кольцевые магнитопроводы статора с обмоткой возбуждения и ротора с короткозамкнутой обмоткой при консольном базировании ротора в подшипниковом узле базового щита, подшипники ротора размещены на внутренней консоли базового опорного щита, выполненной в виде стакана, жестко прикрепленного к щиту. Причем один подшипник расположен внутри стакана, и его внутреннее кольцо охватывает вал ротора, а другой подшипник своим внутренним кольцом базируется снаружи стакана на его кольцевом выступе и наружным кольцом входит в расточку фланца выходного вала ротора. Расположение подшипников на внутренней консоли опорного щита по предлагаемой схеме базирования ротора позволяет перенести подшипниковый узел с наружной стороны щита статора внутрь объема машины, сократив тем самым ее аксиальные размеры, снизить материалоемкость и одновременно увеличить жесткость опорного узла, а также устранить выворачивающее действие поперечных сил, приложенных к валу ротора со стороны исполнительного механизма, путем изготовления вала ротора полым с центральным шлицевым отверстием сопряжения.

Для автоматического устранения зазоров между телами качения и беговыми дорожками колец подшипников внутри стакана установлено упругое звено, обеспечивающее надежный осевой натяг подшипников, что гарантирует устойчивое вращение ротора асинхронной машины при необходимой величине воздушного зазора между поверхностями магнитопроводов статора и ротора, так как осевое сближение магнитопроводов при отсутствии зазоров в подшипниках становится невозможным. Оптимальное значение зазора между магнитопроводами ротора и статора обеспечивается при сборке с помощью прокладки, устанавливаемой между поверхностями опорного щита и крышки, несущей магнитопровод статора и жестко прикрепляемой к опорному щиту. Отсутствие на этой крышке опорного подшипникового узла позволяет уменьшить ее размеры (толщину), что также способствует уменьшению осевых размеров асинхронной машины и снижению ее материалоемкости.

На чертеже показана предлагаемая асинхронная машина, поперечный разрез.

Машина содержит витые магнитопроводы статора 1 и ротора 2. В пазах магнитопровода 1 статора расположена m-фазная первичная обмотка, а в пазах магнитопровода 2 ротора короткозамкнутая вторичная обмотка. Магнитопровод статора закреплен в крышке 3, которая винтами 4 и штифтами 5 жестко крепится к базовому щиту 6 через прокладку 7, которая служит для установления требуемого зазора между поверхностями магнитопроводов 1 и 2. В базовом щите 6 винтами 8 жестко закреплена внутренняя консоль (стакан) 9, служащая опорой для подшипников 10 и 11 вала 12 ротора. Подшипник 10 расположен внутри стакана 9 и своим внутренним кольцом охватывает вал 12, а подшипник 14 расположен снаружи стакана 9 на его кольцевом выступе и своим наружным кольцом входит в кольцевую расточку фланца, выполненного на валу 12 ротора. Таким образом, вал 12 опирается на внутреннее кольцо подшипника 10 и на наружное кольцо подшипника 11. Принятая схема базирования ротора, который своей ступицей 13 жестко установлен на наружной поверхности фланца вала 12, охватывающего подшипник 11, обеспечивает необходимую жесткость как опорного узла, так и вращающего диска ротора и вместе с тем позволяет уменьшить аксиальные размеры машины.

Для создания осевого натяга подшипников внутри стакана 9 размещена пружина 14, охватываемая втулкой 15. Пружина 14, опираясь на внутренний бурт стакана 9, через торцовый выступ втулки 15 действует на наружное кольцо подшипника 10, обеспечивая прижатия внутреннего кольца подшипника 10 к упору, выполненному на валу 12, например к пружинному разрезному кольцу 16, а это вызывает прижатие внутреннего упора фланца вала 12 с наружному кольцу подшипника 11. Этим достигается автоматическое устранение зазоров между телами качения и беговыми дорожками колец подшипников 10 и 11, благодаря чему осевое сближение магнитопроводов 1 и 2 становится невозможным. Крышка 17 выполняет защитные функции.

Электрическая машина работает следующим образом.

В результате подключения обмоток статора к сети создается вращающееся магнитное поле, которое, взаимодействя с токами обмотки ротора, создается вращающий момент на валу 12. Внутри полого вала 12 выполнены шлицы, посредством которых вращение передается сопряженному с валом 12 и соосно с ним расположенному валу исполнительного механизма. Автоматический осевой натяг подшипников при работе электрической машины, высокая жесткость опорного узла, достигаемая благодаря предлагаемой схеме базирования ротора, обеспечивают устойчивое вращение его выходного вала при оптимальном осевом зазоре между поверхностями магнитопроводов ротора и статора, что улучшает эксплуатационные показатели машины и повышает ее надежность. Этому способствует также уменьшение поперечных нагрузок на выходной вал вследствие соосности сопрягаемого с ним вала исполнительного механизма. Уменьшенные аксиальные размеры предлагаемой электрической асинхронной машины и другие конструктивные особенности способствуют использованию ее в качестве встроенного оборудования.