14.4. Хвильові електродвигуни

В приводах виконавчих механізмів різних типів застосовуються редуктори з хвильовими передачами. Вони забезпечують велике передаточне відношення (до 100 на один ступінь) при відносно малій масі й габаритах, підвищену кінематичну точність, високий ККД, довговічність та надійність механізму. За допомогою таких редукторів можлива передача механічного обертання в герметичну порожнину через перегородку.

Внаслідок цих переваг хвильові передачі застосовуються в приводах як загальнопромислового, так і спеціального призначення.

Різні хвильові передачі відрізняються одна від одної видом зачеплення, числом хвиль деформації гнучкого елемента, конструктивним виконанням та типом генератора механічних хвиль.

Перспективне використання хвильових передач з електромагнітним генератором хвиль. В такій передачі відсутні конструктивні елементи, які швидко обертаються й високошвидкісні підшипники, що дозволяє покращити динамічні характеристики привода та розширити області застосування хвильових передач.

Швидкодія виконавчого механізму з хвильовою передачею сумірна з швидкодією гідродвигуна.

Хвильова передача з електромагнітним генератором механічних хвиль (рис. 14.8,а)складається зі статора з розподіленою двополюсною m-фазною обмоткою, в розточці якого розташований тонкостінний феромагнітний стакан-ротор.

а) б)

Рис. 14.8. Хвильовий електродвигун

Під дією сил магнітного поля ротор деформується (рис. 14.8,б) й набуває у перерізі еліпсоїдної форми, велика вісь якої переміщується синхронно з полем. Крім того, ротор обертається навколо своєї осі з редукованою швидкістю. Величина редукції визначається різницею довжин кола розточки статора й периметра ротора. Повільне обертання ротора навколо своєї осі за допомогою кінематичної ланки передається на вихідний вал.

Уперше така конструкція електромеханічного пристрою була запропонована А.І. Москвітіним.

За принципом дії така передача є синхронним (або хвильовим) електродвигуном (ХД). Хвильовий електродвигун характеризується таким.

1. Великий обертовий момент при відносно малій масі.

2. Великий момент самогальмування й практична відсутність вибігу й самоходу.

3. Здатність до частих пусків та реверсів.

4. Можливість використання у кроковому режимі.

5. В машині відсутні вібрації.

Недоліком є необхідність забезпечення еластичності ротора у поєднанні з потрібною товщиною магнітопровода, що створює значні конструктивні й технологічні труднощі. Число хвиль деформації ротора:

u=2р,

де р – число пар полюсів обмотки якоря.

У зв’язку із зубчастим зачепленням ротора зі статором синхронно з полем обертається не ротор, а хвиля деформації гнучкого ротора. Відбувається зміна провідності робочого зазору. Тому виникає синхронний реактивний момент, який намагається утримати ротор в такому положенні, щоб магнітна провідність зазору була максимальною. При цьому швидкість обертання ротора

, (14.12)

де Z₁, Z₂ – відповідно числа зубців зачеплення статора й ротора.

Якщо Z₁>Z₂, то вихідний вал обертається в бік, протилежний до напряму обертання поля.

Якщо гнучкий елемент пов’язаний зі статором зубчастим зачепленням, а ротор нерухомий, але піддається хвильовій деформації, то

. (14.13)

В оберненій конструкції ХД ротор обертається узгоджено з полем. В цьому випадку магнітопровід може виконуватись не шихтованим, оскільки асинхронний момент діє узгоджено з синхронним.

Підвищення енергетичних показників можливо досягти, якщо використати уніполярне підмагнічування. В даному випадку число хвиль u=2р. Звичайно u=2.