электромеханический привод

Формула изобретения

1. Электромеханический привод, содержащий генератор и высокоскоростной линейный двигатель, дисковый ротор которого используется как ворот, отличающийся тем, что включает два высокоскоростных линейных двигателя с дисковыми роторами большого диаметра, установленными с возможностью вращения навстречу друг другу для вращения двух рабочих органов одного механизма, а индукторы высокоскоростных линейных двигателей закреплены неподвижно в корпусе напротив друг друга, при этом ступица одного дискового ротора имеет шлицевое соединение с валом генератора, а ступица другого дискового ротора насажена на вал генератора без какой-либо фиксации.

2. Электрический привод по п.1, отличающийся тем, что индукторы высокоскоростных линейных двигателей объединяют два дисковых ротора в единый механизм и собраны попарно в пакет из двух двухсторонних разомкнутых магнитопроводов с обмотками, предназначенных для приведения в движение вторичных элементов, расположенных по окружности дисковых роторов.

3. Электрический привод по п.1 или 2, отличающийся тем, что для принудительного охлаждения индукторов используют отдельные вентиляторы.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области электромашиностроения и предназначено для привода электрогенератора и других машин, рабочие органы которых вращаются навстречу друг другу.

Наиболее близким к изобретению является силовой электромеханический привод, который представляет собой колесо в виде металлического диска большого диаметра или круглой платформы сварной конструкции с валом, горизонтальной или вертикальной осью вращения, который одновременно служит валом рабочего органа механизма. По окружности силового колеса располагается вторичный элемент линейного двигателя с несколькими индукторами, закрепленными неподвижно. По наибольшей окружности диска установлен маховик (RU 2109392 С1 6 Н02К 41/025, 7/00 1998 г.).

Основным элементом данного устройства и предлагаемого изобретения является силовое колесо в виде диска большого диаметра с закрепленным к нему рабочим органом приводимого механизма, образующих ворот.

Предлагаемое изобретение по сравнению с аналогом имеет два силовых диска, вращающихся навстречу друг другу, и вращающие, закрепленные на них ротор и статор генератора. Усиление механической энергии происходит двумя воротами и сложением составляющих двух вращающих дисков.

Задачей, на решение которой направленно изобретение, является создание скоростного, мощного и в то же время простого и надежного электропривода, способного работать в паре с электрогенератором для получения дешевой электроэнергии.

Техническим результатом изобретения является электромеханический привод, способный вращать генератор в несколько раз мощнее себя, что дает большой экономический и экологический эффект.

Поставленная задача достигается применением двух высокоскоростных линейных двигателей с дисковыми роторами большого диаметра, вращающихся навстречу друг другу, объединенных индукторами и генератором в один механизм. Первый диск, соединенный шлицами с валом ротора генератора, образует ворот. Второй диск, соединенный со статором генератора, вращается на подшипниках по валу ротора и образует второй ворот. Происходит усиление механической энергии при помощи двух воротов и сложением механических составляющих вращающихся дисков.

Полученный механизм состоит из трех условных частей. Это линейный двигатель, преобразователь-усилитель механической энергии, генератор. Каждая часть имеет свое уравнение мощностей, свой коэффициент полезного действия. Сложив все данные, получим технические показатели изобретенного электромеханического привода. Для простоты будем использовать единицу мощности, так как она применима для механической и для электрической энергии. Имеем четыре двухсторонних индуктора, каждый из которых развивает и передает на диск 500 Вт мощности. На один диск приходит два индуктора, следовательно, каждый диск получает от индукторов 1000 Вт. Линейная скорость вращения дисков составляет 576 километров в час или 160 метров в секунду. Угловая скорость рана 1500 оборотов в минуту или 25 оборотов в секунду. Радиус дисков равен 1,02 метра, а радиус ротора генератора равен 0,1 метра, следовательно, разница радиусов равна 10, значит, в 10 раз увеличится сила при помощи ворота. Коэффициент полезного действия индукторов линейных двигателей составляет 0,75.

Приведем уравнение мощностей индукторов:

Р_И.ДИН=Р_И-Р _И.СТ,

где Р_И.ДИН - динамическая мощность индукторов.

Р_И - движущая мощность индукторов.

Р_И.СТ - статическая мощность сопротивления индукторов.

Динамическая мощность индукторов есть суммарная мощность каждого индуктора 500×4=2000 Вт. Движущую мощность найдем при помощи коэффициента полезного действия. 2000 Вт разделим на 0,75, получим 2666 Вт. Статическая мощность сопротивления есть мощность потерь при преобразовании электрической энергии в механическую и составляет 2666-2000=666 Вт. Поставив числовые данные в уравнение, получим:

2000 Вт = 2666 Вт - 666 Вт

Определим мощность механических преобразований по формуле:

P=FV,

где Р - мощность Вт.

F - сила, Ньютон.

V - скорость, метров в секунду.

Вычислим тяговое усилие, прилагаемое двумя индукторами на диск, мощность известна - 1000 Вт, скорость известна - 160 метров в секунду, сила будет равна 1000÷160=6,25 Ньютон. По закону ворота эта сила в точке В увеличится в десять раз и будет равна 62,5 Ньютон, но в точке В скорость уменьшится в десять раз и будет равна 16 метрам в секунду. Имеем два диска с силой 62,5 Ньютон со скоростью 16 метров в секунду. При встречном вращении в воздушном зазоре генератора, в момент пересечения магнитного поля с обмоткой статора происходит сложение силы и скорости двух дисков, что ведет к усилению мощности:

Р=(62,5_Н +62,5_Н)×(16_М/С +16_М/С)=125_Н×32 _М/С=4000 Вт.

Такое количество механической энергии поступит на генератор. Приведем уравнение мощностей генератора с коэффициентом полезного действия равным 0,9.

Р _Г.ДИН=Р_Г-Р_Г.СТ -Р_Г.ЭЛМ

где Р_Г.ДИН - динамическая мощность генератора;

Р_Г - движущая мощность генератора;

Р_Г.СТ - статическая мощность сопротивления;

Р _Г.ЭЛМ - статическая мощность электромагнитного сопротивления.

Вся механическая энергия, поступившая на генератор, уходит на преобразование и преодоление статического сопротивления общих потерь, следовательно, динамическая мощность генератора будет равна нулю. Движущая мощность генератора равна 4000 Вт. Статическая мощность электромагнитного сопротивления будет равна выработанной генератором электроэнергии и составит 4000×0,9=3600 Вт. Статическая мощность сопротивления равна 400 Вт. В числах уравнение будет выглядеть так:

0=4000 Вт - 400 Вт - 3600 Вт

Сложив оба уравнения, получаем уравнение мощностей электропривода.

Уравнение показывает рабочий интервал мощности данного привода. Он будет работать при условии, что индукторы будут вырабатывать механической энергии чуть больше 2000 Вт, а электрогенератор не будет отдавать электрической энергии больше 3600 Вт. Потратив 2666 Вт, получили 3600 Вт электроэнергии. Коэффициент полезного действия равен 3600÷2666=1,35.

Предлагаемое изобретение поясняется чертежом, где изображена схема электромеханического привода и электрогенератора с вертикальным расположением оси вращения.

Привод состоит из двух высокоскоростных линейных двигателей с дисковыми роторами 2 и 3 большого диаметра, выполненных из композитного материала или пластмассы с армированием металлической сеткой. По краю окружности дисков расположены вторичные элементы 4 и 5 в виде изотропной проводящей шины. Индукторы 1 и 16 закреплены неподвижно в корпусе 14 напротив друг друга и представляют собой пакет из двух двухсторонних разомкнутых магнитопровода с обмоткой, соединенных ребристым кожухом таким образом, что один из них образует линейный двигатель с диском 2, а другой с диском 3. Посредине дисков 2 и 3 с двух сторон закреплены стальные кольца маховиков 6 и 7. Ступица 9 диска 2 имеет шлицевое соединение с валом ротора 8 генератора 12, а ступица 10 диска 3 имеет подшипник и насажен на вал 8 без какой-либо фиксации. К ступице 10 диска 3 крепится корпус со статором 11 генератора 12. Под маховиком и по периметру окружности на некотором расстоянии располагаются опорные подшипники 13. Все устройство размещено в корпус 14 и фиксируется кронштейнами 15.

Электромеханический привод работает следующим образом. Переменное напряжение поступает на индукторы 1 и 16, в обмотках двухсторонних магнитопроводов создаются бегущие электромагнитные поля, которые имеют противоположное направление относительно друг друга. Они приводят в движение вторичные элементы 4 и 5, находящиеся в зазоре магнитопроводов в разные стороны. Диски 2 и 3 преобразуют линейное движение во вращательное. Вместе с ними вращаются навстречу друг другу закрепленные на них ротор 8 и статор 11 генератора 12. Происходит усиление механической энергии при помощи двух воротов и сложения двух составляющих вращающихся навстречу друг другу дисков 2 и 3. Когда обороты достигнут номинальной частоты, в обмотку ротора 8 генератора 12 подается ток возбуждения. Генератор 12 начинает вырабатывать электроэнергию. Маховики 6 и 7 выполняют роль стабилизаторов при кратковременных колебаниях мощности. Опорные подшипники 13 служат для того, чтобы не допустить прогибания дисков 2 и 3 от собственного веса. Для охлаждения индукторов 1 и 16 используются два отдельных вентилятора малой мощности (на схеме не показаны). Воздушный поток от вентилятора поступает по воздуховоду на ребристый кожух и во внутрь индуктора. Электронный блок (на схеме не показан) контролирует и регулирует параметры питающей сети. В зависимости от нагрузки в цепи потребления отключает отдельные участки цепи или всю цепь. Процесс управления упрощается, если исключить частые остановки и запуски привода, переведя работу в непрерывный режим. Привод надежен и прост в эксплуатации.

Литература:

1. Элементарный учебник физики. Ландсберг Г.С. Том 1.

2. Линейные асинхронные двигатели. Веселовский О.Н., Коняев А.Ю., Сарапулов Ф.Н.

3. Общий курс электропривода. Чиликин М.Г., Сандлер А.С.

4. RU 2109392 C1 6 Н02К 41/025, 7/00.