Двигуни з ротором, що котиться

При необхідності отримати невеликі частоти обертання (без механічних редукторів) можна використати тихохідний двигун з ротором, що котиться.

Для пояснення принципу дії цього двигуна представимо, що всередині статора розташований феромагнітний циліндричний ротор, який доторкається до поверхні статора в точці А (рис. 2.20, а). Припустимо, що магнітне поле в проміжку між статором і ротором Вd=f(a) несиметричне і має максимум, який в розглядаючий момент часу співпадає з точкою А на статорі. В цьому випадку під дією сили магнітного притягання ротор притягується до точки А статора.

image002

Рис 2.20 Феромагнітний циліндричний ротор

Якщо магнітне поле повернеться в просторі на деякий кут a, і його максимум буде співпадати з точкою А¢, то і сила магнітного притягання F повернеться на такий же кут (рис. 2.20, б). Розкладемо силу F на складові Fx i Fy. Складова Fx, притягуючи ротор до статора, буде намагатися повернути його. При цьому ротор буде котитися по внутрішній поверхні статора синхронно з полем. Також синхронно з полем по малій окружності з центром О буде переміщатися і центр ротора О¢. Ротор же буде обертатися навколо своєї вісі, тобто обертатися в просторі з частотою n2, набагато меншою частоти обертання поля статора n1.

Так, при повороті магнітного поля на один оберт (на кут W1=2p рад) ротор, котячись по статорі, повернеться навколо своєї вісі в зворотній бік на кут W2 (рад), рівний різниці довжин окружностей статора і ротора, поділеної на радіус — половину діаметра ротора:

image004,

або, з урахуванням того, що image006

image008.

Тут D1 i D2 — діаметри статора (внутрішній) і ротора відповідно.

Перейдемо до частоти обертання (об/хв)

image010,

або з урахуванням виразу (1.2)

image012. (2.14)

Вираз (2.14) справедливий лише для двохполюсної машини (2р=2).

Так як

image014 , то image016 .

Несиметричнообертове магнітне поле з індуктивністю Вd, необхідне для роботи двигунів з ротором, що котиться, можна отримати (рис. 2.21): а — або шляхом накладання на уніполярне поле з індукцією Вd1 магнітного поля двохполюсної обмотки Вd(2р=2); б — або шляхом накладання на поле двохполюсної обмотки Вd(2р=2) поля з чотирма полюсами Вd(2р=4).

image018

Рис 2.21. Несиметричнообертове магнітне поле

В реальних двигунах з ротором, що котиться, пакет сталі ротора не доторкається з пакетом сталі статора. Для цього обертову і нерухому частини машини споряджають циліндричними поверхнями — катками, з допомогою яких відбувається їх дотик. Обертання ротора відбувається за рахунок кочення ротора по катку статора. В цьому випадку в (2.14) необхідно підставляти діаметри катків.

На рис. 2.22 зображений пристрій такого двигуна, в якому несиметричне магнітне поле отримується за рахунок накладання двохполюсного поля Ф2 на уніполярне поле Ф1. Двигун складається з стального корпуса 1, в який запресовані пакет статора 4 з трифазною обмоткою 6, феромагнітні тороїди 2 і катки статора 7. Між обмоткою статора і феромагнітними тороїдами розташовані тороїдальні обмотки постійного струму 3. На валу ротора 10 розташовані пакети сталі ротора 5 і 8 і катки ротора 9.

image020

Рис 2.22 Пристрій двигуна

Уніполярне поле Ф1 створюється тороїдальними обмотками постійного струму. Двохполюсне обертове поле Ф2 утворюється трифазною обмоткою статора.

Обертовий момент, що розвивається двигуном з ротором, що котиться, як правило, в багато разів більший, ніж момент, що розвивається будь-яким безредукторним двигуном, який має ті ж габарити.

Поряд з перевагами двигуни мають і недоліки:

а) необхідність спеціального пристрою для передачі обертання з валу ротора на вихідний вал;

б) необхідність подвійного живлення або постійних магнітів;

в) значні вібрації двигуна.

В схемах автоматики використовуються не тільки двигуни з роторами, що котяться, але і двигуни з гнучкими хвильовими роторами.

Представимо, що в розточці статора з m-фазною обмоткою, що створює двохполюсне обертове поле, розташований гнучкий тонкостінний порожнистий ротор з феромагнітного матеріалу (рис. 2.23, а). Під дією сил магнітного притягання в місцях, що відповідають максимальній індукції поля, ротор, деформуючись, притягується до статора. При обертанні поля хвилі деформації ротора переміщуються синхронно з магнітним полем. При цьому відбувається обкочування статора ротором так само, як в двигуні з ротором, що котиться. Повільне обертання ротора навколо своєї вісі з допомогою спеціальних пристроїв неважко передати на вал двигуна.

На відміну від двигуна з ротором, що котиться, двигун з хвильовим ротором може працювати не тільки в двохполюсному, але і в багатополюсному полі (рис. 2.23, б).

image022

Рис 2.23. Розточка статора з m-фазною обмоткою

Крім того, гнучкий ротор має менший момент інерції, що забезпечує двигуну хорошу швидкодію. Робота двигуна з хвильовим ротором відбувається при значно менших вібраціях.

Васюра А.С. – книга “Електромашинні елементи та пристрої систем управління і автоматики” частина 2

Оставьте комментарий к статье