2880

Рис.4.2

Работа привода.

1. Режим пониженной скорости. В этом случае тормоз роторов не ра-

ботает. Катушка 10 отключена от сети, пружина 5 через кольцо 6 отжимает сердечник 8 вместе с диском 11 от накладок 13 роторов. Тормоз центральной шестерни 20 также отключен. Катушка 23 обесточена, пружина 26 прижи-

мает тормозной диск 24 с накладкой 22 к накладке 21 шестерни 20. В ре-

зультате шестерня заторможена, т.е. она не может вращаться в подшипнике

19. Статорная обмотка 18' включена, в короткозамкнутых роторах 14 инду-

цируются токи, которые, взаимодействуя с полем статора, создают моменты,

приводящие роторы 14 во вращение. Роторы вращаются, вращаются и сател-

литы, сидящие на одном валу с ними, и имеющие зубцы 31. Зубцы сателли-

тов входят в зацепление с зубцами шестерни 20, которая заторможена. Са-

теллиты, обкатываясь по шестерне, совершают орбитальное движение, при-

водя во вращение водило 29, которое одновременно является и выходным валом.

2. Режим повышенной скорости - пониженного передаточного отно-

шения. В этом режиме оба тормоза включены, катушки 10 и 23 находятся под током. Катушка 10, втягивая сердечник 8, прижимает диск 11 и наклад-

ками 12 к накладкам 13 ротора 14. В результате оба ротора 14 теряют спо-

собность вращаться вокруг своих осей в подшипниках 30. Оба заторможен-

ных ротора 14 составляют вместе как бы один ротор. Этот составной ротор,

существующий только в режиме повышенной скорости вращается в подшип-

никах 7 диска 11 и в подшипниках 19 колеса 20, и 28 вала 29. Вращение в подшипнике 19 возможно потому, что катушка 23 включена, диск - сердеч-

ник 24 притянут, пружина 26 сжата, а накладка 22 отведена от накладок 21

центрального колеса 20, тем самым освобождая его и давая возможность вращаться в подшипнике 19. Таким образом, передаточное отношение от

"составного" ротора - заторможенных роторов 14 к валу 29 равно 1, вал вра-

щается с подсинхронной скоростью.

При переходе опять на пониженную скорость, катушки 10 и 23 от-

ключены, диск 11 растормаживает роторы, отходя от накладок 13 под дейст-

вием пружины 5, а диск 24 прижимается пружиной 26 к накладкам 22 и 21,

затормаживая тем самым колесо 20. Сателлиты, сидящие на валу 17 начи-

нают совершать планетарные движения, приводя во вращение водило - вал

29 с передаточным отношением планетарной пары.

Режим пониженной скорости иллюстрирует рис.4.3, где показано, что роторы 14 участвуют в двух движениях: собственном вращении и вращении относительно центральной оси вала 29.

Режим повышенной скорости иллюстрирует рис.4.4, где показано, что заторможенные роторы вокруг своих осей не вращаются, а вращаются толь-

ко вокруг центральной оси.

Для улучшения распределения потокосцепления возможно применение шихтованных вставок между роторами, показанных на рис.4.4 и рис.4.3.

На рис.4.5 показан привод, аналогичный предыдущему, но с централь-

ной шестернью не венцового (внутреннего зацепления), а солнечного типа

(внешнего зацепления). Это упрощает ее крепление и исключает реверс при переходе на вторую скорость.

Мотор-редуктор имеет центральный вал 1, установленный в под-

шипниках 2. На валу 1 установлены тормозной диск 3 и солнечная шестерня.

Сердечник тормоза роторов, аналогичный вышеописанному, снабжен диском

4 тормоза колеса и, как обычно, тормозным диском 5 роторов 6. На валу ро-

торов установлены сателлитные шестерни 7, заведенные в зацепление с сол-

нечным колесом 8. Движение передается на выходной вал - водило 9.

Работа устройства в общем аналогична работе выше рассмотренного привода (рис.4.2), но особенностью является двойная функция сердечника тормоза, являющегося элементом, одновременно воздействующим и на тормоз роторов и на тормоз солнечного колеса.

Рис.4.5

Рис.4.6

При переходе, например, на повышенную скорость, при включении тормоза, диск 5 фиксирует роторы 6 от вращения и отводится диск 4 от дис-

ка 5 тормоза шестерни 8, в результате чего шестерня растормаживается и не препятствует фиксации роторов, выходной вал вращается с повышенной скоростью.

На рис. 4.6 показана модификация ротора орбитального привода, вы-

полненного на базе основного ротора 1 и исходного двигателя, в котором просверлены четыре аксиальных канала 2, в каналы помещены роторы 3.

Короткозамкнутая обмотка сохранена на сегментных участках 4 исходного ротора.

Орбитальные машины (в асинхронном варианте) представляют собой обычный статор в комбинации с составным ротором, который в свою оче-

редь, представляет собой несколько роторов, расположенных по окружности.

Существует ряд предложений, относящихся к данной конструктивной схе-

ме, начиная от шарика, перемещающегося по внутренней расточке статора,

и кончая многороторными машинами с внутренним статором. Известны также и комбинации орбитальных машин с планетарными редукторами.

Орбитальные машины, рассматриваемые в данном изложении, имеют ту характерную особенность, что составной ротор выполняет две основные функции. При пониженной скорости составляющие роторы-сателлиты вра-

щаются и вокруг своей оси, и совершают орбитальное движение, реализуя редукцию подсинхронной скорости в планетарном (или волновом) редук-

торе. При повышенной скорости составляющие роторы-сателлиты фикси-

руются относительно своих осей тормозом, но совершают круговое движе-

ние относительно оси выходного вала в качестве стержней беличьей клетки составного ротора, обеспечивая его вращение с подсинхронной скоростью,

причем это вращение передается на вал непосредственно без механической редукции. Механические элементы редуктора при этом растормаживаются.

Краткий анализ рассмотренных конструктивных схем позволяет от-

метить следующие основные особенности орбитального привода.

1. При обеих частотах вращения рабочие роторы вращаются при но-

минальном скольжении.

2. Поток, оцепленный с рабочими роторами меньше номинального из-

за геометрических факторов, в первую очередь - эксцентриситета рабочих роторов и расточки статора.

3. Ротор орбитальной машины, особенно без ферромагнитных вставок

(или базового ротора) обладает магнитной анизотропией, что позволяет рас-

сматривать машину при повышенной скорости как асинхронизированную синхронную.

4. При пониженной скорости, при неактивном базовом роторе

(рис.4.3 и 4.4) орбитальная машина является синхронной.

5. При пониженной скорости и активном базовом роторе (рис.4.6)

асинхронный момент сегментных участков 4 будет развиваться при по-

вышенном скольжении.

6. Если имеется необходимость сохранять направление движения при переходе с одной скорости на другую без изменения порядка чередования фаз, то необходимо применять схему с солнечным колесом (рис.4.5), в

противном случае допустимо использовать венцовое колесо с внутренним зацеплением.

7. Подобные машины могут иметь исполнения и с волновым редук-

тором и роликовым генератором волн, а также с двумя концентрическими статорами, в кольцевом зазоре которых располагаются роторы, что позволяет отказаться от фиксатора роторов.

8. Увеличение числа впадин в основном роторе, вызванное необ-

ходимостью размещения планетарных роторов вызывает увеличение числа высших гармоник поля, приводящее к провалам в кривой вращающегося момента. Эта же причина может вызвать такую суперпозицию статорного и роторного полей, которая создает асимметричное поле, и как следствие, од-

ностороннее магнитное притяжение, вибрацию, шум и тормозящее действие. 9. С технологической точки зрения следует различать полностью со-

ставной ротор, набранный на основе самостоятельных роторов - сателлитов

(рис.4.3 и 4.4), и ротор на основе базового, с пазами, или, вообще меньшего диаметра, дополненный внешними роторами - сателлитами (рис.4.6).

10. Статор унифицирован со статором обычного асинхронного дви-

гателя.

11. Ротор - сателлит также является унифицированным с ротором асинхронного двигателя.

Задача синтеза подобных электромеханических систем начинается с анализа технических требований и технических условий, среди которых осо-

бое место занимает передаточное отношение редуктора, определяющее соот-

ношение между повышенной скоростью - обычно нормированной и опреде-

ляемой числом пар полюсов и пониженной, которая для данных машин мо-

жет быть выбранной любой, а не обязательно кратной числу пар полюсов.

Для простейшей планетарной пары оптимальное передаточное отношение составляет от 3 до 12. Для реализации передаточного отношения от 60 до 80

и выше целесообразно применение волновых редукторов. Промежуточные отношения требуют применения двухступенчатых планетарных пар.

Следующим является установление определенности в том, какой ре-

жим является рабочим, а какой - вспомогательным. Здесь имеют место три основных случая:

1.Основной режим - режим повышенной скорости (грузоподъемные механизмы). Целесообразно применение короткозамкнутых обмоток на сегментных вставках для улучшения энергетики.

2.Основной режим - режим пониженной скорости (например, привод в электрометаллургии). Возможно вообще отсутствие сегментных вставок,

улучшающее отвод тепла от роторов.

3. Оба режима в равной мере являются основными (например, привод

стиральной машины). Данный режим является комбинацией первых двух и допускает, например, присутствие сегментных вставок без токопроводящих обмоток.

Наиболее распространенным и важным с точки зрения практики все-

таки является первый режим. Он является общим для всех асинхронных и асинхронизированных машин, работающих в составе привода с механизмом,

имеющим повышенный, пусковой момент. Известно много конструктив-

ных схем асинхронных двигателей с повышенным пусковым моментом.

Наиболее распространены среди них (для короткозамкнутого ротора) двига-

тели с вытеснением тока - с двойной беличьей клеткой и глубокопазные.

Известно, что кратность пускового момента для таких двигателей со-

ставляет лишь 1,3...1,7, а применение глубокопазных роторов для машин ма-

лой мощности и микромашин практически невозможно из-за малых размеров пазов. Все эти ограничения для орбитальных машин отсутствуют.

Каждый из названных выше трех режимов имеет, как и в любом двух-и многоскоростном приводе, две модификации: постоянного момента и постоянной мощности.

После определения режима и конструктивной схемы производится расчет привода. Его основными этапами являются: геометрический и ком-

поновочный расчет ротора, электромагнитный, тепловой, механический и окончательный проверочный расчеты. Рассмотрим эти этапы подробнее.

1. Геометрический и компоновочный расчеты. Определение главных размеров.

Из рассмотрения расчетной схемы рис.4.7, без учета размера зазоров, из треугольника OAO2, определим отрезок O2A:

O2 A r OO2 sin / n

Рис.4.7

Рис.4.8

где:

r - радиус ротора-сателлита, n - число роторов,

с другой стороны:

OO2 R r

где:

R - внутренний радиус внешнего статора,

отсюда имеем:

Аналогичная формула справедлива и для случая с внутренним статором

- см.рис.4.8. При заданных R и r можно найти максимальное число роторов:

n 1 arcsin R r r

Определим соотношение между радиусом основного ротора орби-

тального двигателя R0 и радиусом ротора обычного (исходного) двигателя R

для случая заторможенных сателлитов.

Предположим, что вращающий момент создается лишь на половине окружности сателлита и радиальная сила приложена к половине радиуса r са-

теллита, т.е. общее плечо равно отрезку OВ, причем О3В=r/2 -(рис.4.8) без учета внутреннего статора. Исходя из того, что момент Мисх исходного дви-

гателя пропорционален произведению удельной окружной силы F на радиус ротора, имеем:

Мисх 2 R2 F