ДВС РОТОРНЫЙ EMDRIVE РАСКОКСОВКА HONDAВИДЫ

Двигатель внутреннего сгорания. Круговой двигатель


круговой двигатель с отключающейся поршневой группой - патент РФ 2197625

Изобретение относится к двигателестроению, а именно к двигателям внутреннего сгорания. Техническим результатом является повышение экономичности двигателя. Сущность изобретения заключается в том, что двигатель содержит цилиндропоршневую группу, механизм газораспределения и выходное звено. Согласно изобретению, механизм газораспределения для каждого рабочего цилиндра включает смонтированную на корпусе ось. На оси жестко закреплена шестерня с отверстием, кинематически связанная с выходным звеном, и установлены свободно диск с отверстием, кинематически связанный со штоком поршня, а также с возможностью продольного перемещения фиксатор с пальцем, размещенным в отверстии шестерни для введения его в отверстие диска. Причем фиксатор выполнен с возможностью взаимодействия с элементами, кинематически связанными соответственно с впускным и выпускным клапанами. 9 з.п. ф-лы, 5 ил. Изобретение относится к двигателестроению. Из уровня техники известны роторно-поршневые двигатели, содержащие торообразную рабочую камеру, поршень, связанный с валом отбора мощности (авт. св. 527520, 1974). Основным недостатком известного устройства является конструктивная сложность выполнения элементов связи поршня с валом для передачи крутящего момента, направленного в одну сторону. Наиболее близким к изобретению является кольцевой роторно-поршневой двигатель, содержащий торообразную рабочую камеру с газораспределительными окнами, сообщенными с системой подачи топлива и продувки, поршень со штоком, связанный посредством рычажных элементов с валом отбора мощности (патент РФ 2086786, 1997), предусматривающий включение (отключение) дополнительных камер сгорания в зависимости от условий эксплуатации. Недостатком известного устройства является сложность конструкции, низкая надежность системы газораспределения и отвода отработанных газов. Технический результат, на достижение которого направлено изобретение, заключается в создании простой конструкции двигателя с отключаемыми из работы рабочими цилиндрами цилиндропоршневой группы, лишенных вышеперечисленных конструктивных технологических недостатков. Указанный результат достигается тем, что в двигателе, содержащем цилиндропоршневую группу, механизм газораспределения и выходное звено, механизм газораспределения для каждого рабочего цилиндра включает смонтированную на корпусе ось, на которой свободно установлен диск с отверстием, кинематически связанный со штоком поршня рабочего цилиндра, жестко - шестерня с отверстием, кинематически связанная с выходным звеном, и с возможностью продольного перемещения фиксатора с пальцем, размещенным в отверстии шестерни, для введения его в отверстие диска, причем фиксатор выполнен с возможностью взаимодействия с элементами, кинематически связанными соответственно с впускным и выпускным клапанами. Между диском и шестерней могут быть расположены фрикционные диски сцепления для предотвращения ударных нагрузок при перемещении фиксатора. Выходное звено может быть выполнено в виде зубчатого колеса, в венце которого с возможностью возвратно-поступательного перемещения установлены элементы, контактирующие с толкателями, подпружиненными относительно соответствующих цилиндров. Для гарантированного попадания пальца фиксатора в отверстие диска в последнем выполняется заходная канавка. По условиям компоновки оси вращения шестерни и зубчатого колеса могут быть расположены под углом друг к другу, а рабочие цилиндры - центрально симметричны. Для отжатия клапанов от седел толкатели выполняются с заостренными концами. Кроме того, диск и шестерня могут иметь по меньшей мере по одному дополнительному отверстию, а фиксатор - по меньшей мере один дополнительный палец, каждый из которых размещен в соответствующем отверстии шестерни с возможностью введения в соответствующее отверстие диска, а все пальцы фиксатора и соответствующие им отверстия расположены на различных расстояниях от оси. Сущность изобретения поясняется чертежами. На фиг. 1 показан схематично двигатель в плане; на фиг.2 - сечение А-А, на фиг.1; на фиг.3 - вариант выполнения двигателя с осями поворота шестерни и зубчатого колеса, расположенными под углом друг к другу. Двигатель включает в себя корпус 1 с ограничителями 2 для осевой фиксации свободно установленного на оси 13 шатунного диска 3, имеющего отверстие, шестерню 4 также с отверстием, жестко установленную на оси 13, и фиксатор 5 с пальцем, размещенным в отверстии диска с возможностью продольного перемещения и введения в отверстие шестерни. В венце зубчатого колеса 6 (выходное звено) с возможностью радиального возвратно-поступательного перемещения размещены элементы 7, контактирующие с толкателями 8, имеющими заостренные концы для взаимодействия с клапанами 9. Толкатели 8 установлены в направляющих 10 и подпружинены относительно цилиндров 11. Для открытия клапанов используются регулируемые упоры 12. Работает предлагаемый двигатель следующим образом. Двигатель 4-тактный, симметричный, имеет 4 цилиндра - I, II, III, IY, расположенные в одной плоскости и развернутые под углом 90o последовательно друг к другу. I цилиндр центрально симметричен III, II-IY. Зубчатое колесо (маховое) 6 расположено над цилиндрами и входит в зацепление с приводной шестерней 4 в зоне 16 (см. фиг.2). На колесе 6 смонтированы два подвижных сегмента (элемента) 7, служащих для перемещения толкателей 8 механизма газораспределения. Колесо 6 находится в постоянном зацеплении с приводной шестерней 4, установленной в корпусе 1. Радиус колеса 6 в два раза больше радиуса шестерни 4, т.е. при полном обороте колеса 6 шестерня 4 делает два оборота. Это позволяет обеспечить фазы газораспределения в соответствии с определенным положением поршней независимо от факта включения или отключения работы любого цилиндра в произвольный момент времени. Наличие двух сегментов 7 исключает, в принципе, неправильную последовательность газораспределения относительно положения поршней. На одной оси 13 с приводной шестерней 4 находится фиксатор 5, который при перемещении по оси 13 разъединяет или соединяет диск 3 с приводной шестерней 4, т. е. обеспечивает необходимый режим работы двигателя. В рабочем состоянии фиксатор 5 находится в зацеплении с приводной шестерней 4 и шатунным диском 3 отжимает подвижные сегменты 7 механизма газораспределения: на фиксаторе 5 предусмотрена ступенька, позволяющая открывать сначала выпускной клапан, а затем впускной. Подвижные сегменты 7, в свою очередь, при помощи толкателя 8 открывают клапан 9. Сегменты 7 расположены в разных плоскостях и взаимодействуют с соответствующими плоскостями ступеньки 15 фиксатора 5. Сегменты 7 приводят в движение все восемь толкателей 8 всех четырех цилиндров в последовательности, заданной расположением фиксатора и кинематикой двигателя. Для исключения проскальзывания пальца фиксатора 5 в момент включения на диске 3 предусмотрена заходная канавка (см. фиг.4, 5). В звене фиксатор 5 - приводная шестерня 4 - шатунный диск 3 при включении в рабочий режим возникнут ударные, вибрационные нагрузки, для смягчения которых и для балансировки в фиксаторе 5 можно увеличить количество пальцев и, соответственно, в диске 3 и шестерне 4 выполнить столько же соответствующих отверстий. Пальцы фиксатора 5 и соответствующие отверстия под них выполняются на разных расстояниях от оси 13 во избежание неправильного включения узлов: приводная шестерня 4 - шатунный диск 3. Как видно из особенностей конструкции, предлагаемый двигатель расходует значительно (от 30%) меньше горючего, т.к. можно отключить часть цилиндров при остановках, при равномерном движении. Работа всех четырех цилиндров нужна лишь при разгоне, крутом подъеме и пр. Заводить двигатель можно всего одним цилиндром. Процесс эксплуатации легко регулировать в экологически правильном режиме. От существующей принятой схемы 4-х тактного двигателя внутреннего сгорания отличается следующим. 1. Цилиндры расположены в одной плоскости круга, симметрично относительно вертикальной и горизонтальной осям. 2. В механизме газораспределения отсутствует распредвал, а открытие клапанов происходит при помощи толкателей, зависящих кинематически от положения поршня, номера такта (1 - сжатие, 2 - рабочий ход, 3 - выхлоп, 4 - впуск) и от положения фиксатора: он спущен - в этом случае цепь включения газораспределения замкнута, и весь механизм работает по предложенной схеме; он поднят - тогда кинематическая цепь разрывается, возвратно-поступательное движение поршня прекращается, клапаны прижаты к седлам. Цепь зажигания должна быть также связана с положением фиксатора. Когда фиксатор в нижнем положении - цепь зажигания включена, когда фиксатор в верхнем положении - цепь разомкнута. Для более рационального размещения узлов двигателя не обязательно, чтобы маховое колесо 6 и приводная шестерня 4 находились в одной плоскости (или их оси параллельно друг другу), что облегчит компоновку отвода газов, охлаждения, вентиляции и пр. Для исключения ударных нагрузок в узле фиксатор-диск нужно использовать диски сцепления 14 - верхний подвижный, нижний - неподвижный для выравнивания угловых скоростей диска 3 и приводной шестерни 4, для более плавного их соединения. Механизм включения не показан, однако из существа изобретения следует, что включение и отключение сцепления связано с перемещением фиксатора 5.

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Двигатель, содержащий цилиндропоршневую группу, механизм газораспределения и выходное звено, отличающийся тем, что механизм газораспределения для каждого рабочего цилиндра включает смонтированную на корпусе ось, на которой свободно установлен диск с отверстием, кинематически связанный со штоком поршня рабочего цилиндра, жестко - шестерня с отверстием, кинематически связанная с выходным звеном, и с возможностью продольного перемещения - фиксатор с пальцем, размещенным в отверстии шестерни, для введения его в отверстие диска, причем фиксатор выполнен с возможностью взаимодействия с элементами, кинематически связанными соответственно с впускным и выпускным клапанами. 2. Двигатель по п. 1, отличающийся тем, что между диском и шестерней расположены фрикционные диски сцепления. 3. Двигатель по п. 1 или 2, отличающийся тем, что выходное звено выполнено в виде зубчатого колеса. 4. Двигатель по любому из пп. 1-3, отличающийся тем, что кинематическая связь элемента с соответствующим клапаном выполнена в виде толкателя, подпружиненного относительно цилиндра. 5. Двигатель по п. 3 или 4, отличающийся тем, что элементы расположены в венце зубчатого колеса. 6. Двигатель по любому из пп. 1-5, отличающийся тем, что диск выполнен с заходной канавкой для выступа кулачка. 7. Двигатель по любому из пп. 3-6, отличающийся тем, что оси вращения шестерни и зубчатого колеса расположены под углом друг к другу. 8. Двигатель по любому из пп. 4-7, отличающийся тем, что толкатель выполнен с заостренным концом для отжимания клапана от седла. 9. Двигатель по любому из пп. 1-8, отличающийся тем, что рабочие цилиндры расположены центрально-симметрично. 10. Двигатель по любому из пп. 1-9, отличающийся тем, что диск и шестерня имеют по меньшей мере по одному дополнительному отверстию, а фиксатор - по меньшей мере один дополнительный палец, каждый палец размещен в соответствующем отверстии шестерни с возможностью введения в соответствующее отверстие диска, а все пальцы фиксатора и соответствующие им отверстия расположены на различных расстояниях от оси.

www.freepatent.ru

Двигатель внутреннего сгорания

 

Двигатель предназначен для использования в энергомашиностроении и на транспорте. Двигатель содержит цилиндропоршневую группу, головку с камерой сгорания, механизм газораспределения, системы смесеобразования, топливоподачи, смазки и охлаждения, шатун, кривошип с двумя опорными роликами, вращающийся в круговой дорожке, причем диаметр окружности вращения оси шатунной шейки меньше диаметра окружности вращения осей опорных роликов кривошипа в круговой дорожке. Момент с кривошипа снимается муфтой или планетарной передачей и передается на продольный вал двигателя. На конце продольного вала двигателя установлен механизм увеличения крутящего момента, включающий ведущий и ведомые кривошипы. Изобретение обеспечивает увеличение выходной мощности и крутящего момента и повышение контактной прочности. 12 ил.

Изобретение относится к энергомашиностроению и транспорту.

Наиболее близким аналогом является двигатель, состоящий из цилиндропоршневой группы, головки двигателя с камерой сгорания, механизма газораспределения, систем смесеобразования, топливоподачи, смазки и охлаждения, кривошипа, шатуна и продольного вала, отличающийся тем, что кривошип вращается в круговой дорожке, опираясь на нее двумя опорными роликами, причем крутящий момент снимается с кривошипа муфтой или планетарной передачей, прикладывая при этом к кривошипу только момент сопротивления, а шестерня полумуфты, установленная в картере на опоре качания, или шестерня планетарной передачи, входят в зацепление с шестерней продольного вала (см. Двигатель внутреннего сгорания. Патент 2157899, кл.7 F 02 B 75/32, от 25.08.98 г. ). Недостаток: диаметр вращения осей опорных роликов кривошипа равен ходу поршня, что ограничивает диаметр опорных роликов. Могут возникнуть сложности с обеспечением контактной прочности между опорным роликом и круговой дорожкой, в опоре качения опорного ролика. Имеется механизм увеличения крутящего момента, состоящий из ведущего кривошипа, ось вращения которого совпадает с осью его опорных подшипников, отличающийся тем, что в качестве ведомого звена применяется кривошип, вращающийся в круговой дорожке, опираясь на нее двумя опорными роликами, причем крутящий момент снимается с ведомого кривошипа муфтой, прикладывающей при этом к кривошипу только момент сопротивления пары сил (см. Механизм увеличения крутящего момента. Свидетельство на полезную модель 15372, кл.7 F 16 C 3/22 от 25.04.2000 г.). Целью предлагаемой конструкции является увеличение выходного крутящего момента и выходной мощности двигателя при сохранении параметров цилиндропоршневой группы и оборотов. Названная цель достигается конструкцией двигателя, у которой сохраняется цилиндропоршневая группа, головка двигателя с камерой сгорания, механизм газораспределения, системы смесеобразования, топливоподачи, смазки и охлаждения, шатун, продольный вал, кривошип вращающийся в круговой дорожке, опираясь на нее двумя опорными роликами, причем крутящий момент снимается с кривошипа муфтой или планетарной передачей, прикладывая при этом к кривошипу только момент сопротивления, а шестерня полумуфты или шестерня планетарной передачи входят в зацепление с шестерней продольного вала. Новым является то, что диаметр окружности вращения оси шатунной шейки, равный ходу поршня, меньше диаметра окружности вращения осей опорных роликов кривошипа в круговой дорожке и на конце продольного вала двигателя установлен механизм увеличения крутящегося момента. Причем приведены три возможных варианта конструкции шатунной оси. Из конструктивных соображений, для обеспечения нормальной работы двигателя во время тактов впуска рабочей смеси, ее сжатия и выпуска отработанных газов, кривошип может иметь дополнительные, кроме двух опорных роликов, опоры на круговую дорожку. На фиг.1 показан поперечный разрез двигателя. На фиг.2 - поперечный разрез двигателя с первым и вторым вариантами конструкции шатунной оси. На фиг.3 показана конструкция шатунной оси первого варианта. На фиг.4 - конструкция не вращающейся шатунной оси второго варианта. На фиг.5 показан поперечный разрез двигателя с использованием вращающегося варианта конструкции шатунной оси. На фиг.6 показана конструкция шатунной оси в третьем варианте. На фиг. 7 - силовая схема, получаемая в первом варианте конструкции шатунной оси. На фиг.8 - силовая схема, получаемая во втором варианте конструкции шатунной оси. На фиг.9 - силовая схема, получаемая в третьем варианте конструкции шатунной оси. На фиг.10 показан продольный разрез двигателя. На фиг. 11 - поперечный разрез ведущего кривошипа механизма увеличения крутящего момента с приложенными к нему силовыми факторами. На фиг. 12 - поперечный разрез и силовая схема ведомого кривошипа механизма увеличения крутящего момента. Конструкция состоит из цилиндра 1, головки двигателя с камерой сгорания, поршня 2, шатуна 3, вращающегося кривошипа 6 в круговой дорожке 4, продольного вала 17. Имеются: механизм газораспределения, системы смесеобразования, топливоподачи, смазки и охлаждения. Кривошип 6 опирается на круговую дорожку с помощью двух опорных роликов 5, установленных в осях 8 на опорах качения. Ось круговой дорожки перпендикулярна оси цилиндра 1. На один цилиндр приходятся две соосные между собой круговые дорожки 4, два вращающихся в них кривошипа 6 (фиг.10). Причем оси 8 опорных роликов 5 обоих кривошипов должны быть соосны между собой. Ось х-х кривошипа 6 смещена относительно оси круговой дорожки 4 на величину эксцентриситета е, что необходимо для обеспечения работоспособности системы и создания силы N приемлемой величины (фиг.1). Два кривошипа 6 связаны между собой шатунной осью 9. Шатунная шейка шатунной оси описывает окружность диаметром ш, которая меньше окружности диаметром Dкр, описываемой осями 8 опорных роликов 5. Предложены три варианта конструкции шатунной оси, создающие разные силовые схемы. В первом варианте (фиг.2, 3) шатунная ось 9 крепится на кривошипах 6, минуя оси 8 двух соосных роликов 5. Тангенциальная сила Р, действующая на шатунную ось, распределяется между опорными роликами (фиг.7). Составляющая, действующая на ближайший опорный ролик, используя клиновой эффект, передается с обратным знаком на второй опорный ролик. На втором опорном ролике данная составляющая, за вычетом составляющей от силы Р, создает относительно оси первого опорного ролика момент, равный Мкр=РхБВ. Величина крутящего момента сохранена как на аналоге. Во втором варианте (фиг.2, 4) ось шатуна 9 выполнена коленчатой, состоящей из двух крайних, соосных между собой, опорных шеек и колена в виде двух щек, соединенных шатунной шейкой. Радиусом колена шатунной оси является размер между центральными осями опорной и шатунной шеек, равный
Опорные шейки шатунной оси 9 жестко закреплены на кривошипе 6, соосно оси 8 опорного ролика 5 так, что шатунная ось не вращается относительно кривошипа 6, а шатунная шейка постоянно описывает окружность диаметром Dш. Тангенциальная сила Р передается (фиг.8) на ось опорного ролика, прикладывая дополнительно к кривошипу 6 момент M1=PхАБ, направленный против вращения кривошипа. Суммарный момент создаваемый на кривошипе Мкр=РхБС. Величина крутящего момента увеличена по сравнению с аналогом на величину РхАБ (фиг.8). В третьем варианте (фиг.5, 6) ось шатуна 9 выполнена коленчатой, состоящей (по фиг.6) из двух крайних, соосных между собой, опорных подшипников и колена в виде двух щек, соединенных шатунной шейкой. Радиусом колена шатунной оси является размер между центральными осями опорного подшипника и шатунной шейки, равный Опорные подшипники шатунной оси 9 установлены на осях 10 кривошипов 6, за счет чего шатунная ось может вращаться вокруг оси 10 и относительно кривошипа 6 примерно на 90o, описывая шатунной шейкой относительно оси 10 траекторию в виде окружности с радиусом, равным радиусу колена r. Ось 10 расположена от оси опорного ролика 8 на размере Rr. Угол вращения шатунной оси 9 ограничивается упорами 11 и 12, жестко закрепленными на кривошипе 6. Во время тактов наполнения, сжатия и выпуска, когда кривошип 6 двигает поршень 2, ось шатуна 9 прижимается к упору 11 и шатунная шейка оси 9 описывает окружность диаметром Dш, равную ходу поршня. Во время рабочего такта, когда поршень вращает кривошип 6, под действием тангенциальной силы Р шатунная ось 9 прижимается к упору 12 и шатунная шейка располагается на окружности диаметром Dкр в положении, близком к соосному с осью 8 опорного ролика 5. Крутящий момент, создаваемый силой Р на кривошипе 6, равен кр=РхАС (фиг.9). Величина крутящего момента увеличена по сравнению с аналогом на величину Рх2АБ. По совершению поршнем полезной работы около нижней мертвой точки ролик 13, установленный на оси 9, набегая плавно на кулачок 14, закрепленный в картере, поворачивает ось 9 с упора 12 на упор 11. На шатунной оси могут устанавливаться два ролика 13 и соответственно два кулака 14. С кривошипа 6 крутящий момент снимается муфтой или планетарной передачей, прикладывая при этом к кривошипу только момент сопротивления. Приложение к кривошипу со стороны муфты или планетарной передачи других силовых факторов, кроме момента сопротивления, не допускается. Причем у планетарной передачи должно быть не менее трех сателлитов. Полумуфта 15 муфты (фиг.10) или центральное колесо планетарной передачи должны иметь соединение с кривошипом 6, ограничивающее их взаимное невращение друг относительно друга, и допускающее как поперечные, так и угловые взаимные перемещения в пределах, обеспечивающих выполнение требований, предъявляемых к системе съема момента. На выходном валу ведомой полумуфты, вращающейся в подшипниковой опоре картера двигателя, установлена шестерня 16, входящая в зацепление с шестерней 7 продольного вала 17. На конце продольного вала 17 двигателя установлен механизм увеличения крутящего момента (фиг. 10), состоящий из ведущего кривошипа 18 и ведомого кривошипа 20, установленного в круговой дорожке 21, соосной с осью продольного вала 17. Кривошип 20 опирается на круговую дорожку двумя опорными роликами 22 (фиг. 12) на опорах качения. Ось кривошипа АБ смещена относительно оси круговой дорожки на величину эксцентриситета е. Ведущий кривошип 18 воздействует на ось 19 одного из опорных роликов 22 (фиг.11) кривошипа 20 так, что прикладывается только сила Q. Воздействие других силовых факторов недопустимо. На кривошипе 20 создается силовая схема, приведенная на фиг.12, увеличивающая крутящий момент при сохранении угловой скорости. Чтобы приведенная на фиг.12 силовая схема не нарушалась и было увеличение крутящего момента, необходимо чтобы муфта снимающая с кривошипа 20 крутящий момент, прикладывала к кривошипу только момент сопротивления. Воздействие других силовых факторов не допустимо. Для выполнение этих требований необходимо, чтобы соединение полумуфты 23 с кривошипом 20 было плавающим, аналогичным соединению полумуфты 15 с кривошипом 6. Ведомая полумуфта соединена с выходным валом 24 двигателя. Преимуществом предлагаемой конструкции со смещением окружности вращения осей опорных роликов кривошипа в круговой дорожке относительно окружности вращения оси шатунной шейки и установка на конце продольного вала двигателя механизма увеличения крутящего момента позволяют увеличить выходные силовые характеристики двигателя, момент и мощность, по сравнению с аналогом более двух раз. При этом представляется возможность увеличить диаметры опорных роликов кривошипа в круговой дорожке, диаметры опор качения данных роликов, что облегчит решение вопросов контактной прочности.

Формула изобретения

Двигатель внутреннего сгорания, состоящий из цилиндропоршневой группы, головки двигателя с камерой сгорания, механизма газораспределения, систем смесеобразования, топливоподачи, смазки и охлаждения, шатуна, продольного вала, по меньшей мере, кривошипа, имеющего возможность вращаться в круговой дорожке, опираясь на нее двумя опорными роликами, с возможностью снятия крутящего момента с кривошипа муфтой или планетарной передачей, с возможностью прикладывать при этом к кривошипу только момент сопротивления, а шестерня полумуфты, установленная в картере на опоре качения, или шестерня планетарной передачи имеют возможность входить в зацепление с шестерней продольного вала, отличающийся тем, что диаметр окружности вращения оси шатунной шейки, шатунной оси прямой или коленчатой, не вращающейся или вращающейся относительно кривошипа в круговой дорожке, меньше диаметра окружности вращения осей опорных роликов кривошипа в круговой дорожке, и на конце продольного вала двигателя установлен механизм увеличения крутящего момента, состоящий из ведущего кривошипа, установленного на продольном валу двигателя, и ведомого кривошипа, имеющего возможность вращаться в круговой дорожке, опираясь на нее двумя опорными роликами, с возможностью снятия крутящего момента с ведомого кривошипа муфтой, с возможностью прикладывать при этом к кривошипу только момент сопротивления пары сил.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8, Рисунок 9, Рисунок 10, Рисунок 11, Рисунок 12

www.findpatent.ru

Кольцевой мотор

Изобретение относится к кольцевому мотору, используемому в качестве прямого привода, в частности, для рудных мельниц или барабанных шаровых мельниц. Имеет статор и выполненный в виде вращающегося мельничного каркаса ротор. Статор имеет, по меньшей мере, две различные системы возбуждения. Мельничный каркас имеет зубчатую структуру, которая с системами возбуждения статора электромагнитным образом взаимодействует и, тем самым, вызывает вращение мельничного каркаса. Статор и/или ротор сформирован из сегментов. Обмотки, которые выполнены как катушки зубцов, в точках деления от одного статорного сегмента к другому, выполнены таким образом, что при сборке отдельных статорных сегментов в точках деления образуется паз, в котором находятся соответствующие половины двух различных катушек зубцов. Статор и/или роторные сегменты могут отдельно изготавливаться в заводских условиях и проверяться. Обеспечивается простота в изготовлении и транспортировке, 9 з.п. ф-лы, 18 ил.

 

Изобретение относится к кольцевому мотору в качестве прямого привода, в частности для рудной мельницы или барабанной шаровой мельницы со статором и ротором, выполненным как вращающийся мельничный каркас.

При так называемых мельничных приводах, таких как применяемые для размалывания цемента или руды, в частности медной руды, с давних пор используется непосредственный привод размещенного лежа мельничного каркаса. Для этого размещают динамоэлектрический приводной мотор концентрично мельничному каркасу, причем ротор и статор имеют сравнительно большие поперечники, в диапазоне более 5 метров (US 3 272 444).

Вал ротора при этом сам образован мельничным каркасом, который снабжен кольцевым фланцем для крепления активных роторных деталей. При этом ротор имеет несколько сегментов, которые несут один или несколько магнитных полюсов. Каждый из этих сегментов снабжен несущей перемычной, проходящей в окружном направлении ротора, которая механически связана с кольцевым фланцем мельничного каркаса.

Главная деталь подобного кольцевого мотора, статор, предусмотрен для обтекания электрическим током. Для этого он имеет систему обмоток, распределенную по пазам статора. Вторичная деталь имеет выполненные сверху отдельные роторные сегменты, которые снабжены постоянными магнитами или обтекаемыми током обмотками. Тем самым кольцевой мотор имеет первичную деталь и вторичную деталь с, соответственно, активными магнитными средствами, которые используются для генерации магнитного поля. Активные магнитные средства представляют собой, например, обтекаемые током обмотки, постоянные магниты или обмотки, в которых посредством индукции может вызываться электрический ток, причем посредством вызванного электрического тока может вырабатываться магнитное поле.

Недостатком, в частности, ввиду сравнительно больших габаритов этих прямых приводов, является монтаж на месте, так как компоненты, такие как статор и ротор, не могут транспортироваться как целый узел. Также поэтому статор и ротор прямого привода следует разделять на сегменты, чтобы обеспечить подходящие габариты для транспортировки. Поэтому монтаж на месте реализуется соответственно затруднительным образом, так как преобладающая часть системы обмоток должна на месте укладываться в пазы статора, изолироваться и проверяться. Также манипулирование позиционированием активных магнитных средств на роторе требует обстоятельного и, следовательно, сопряженного с большими временными затратами монтажа.

Ввиду, в том числе, повышенных диэлектрических требований к системе обмоток монтаж пригодной для эксплуатации изоляции вне производства, ввиду высокой запыленности среды, также проблематичен.

Исходя из вышеизложенного в основе изобретения лежит задача создать кольцевой мотор, который прост в изготовлении, транспортировке и может монтироваться в установке без больших затрат на монтажные работы. При этом все электрические испытания должны проводиться на заводе, не требуя укладки в установку дополнительных обмоток и их проверки. Кроме того, монтаж роторных полюсов должен быть упрощен, чтобы облегчить намагничивание на месте или монтаж уже предварительно намагниченных деталей.

Решение поставленной задачи достигнуто в кольцевом моторе в качестве прямого привода, в частности для рудных мельниц или барабанных шаровых мельниц со статором и выполненным в виде вращающегося мельничного каркаса ротором, причем статор имеет, по меньшей мере, две различные системы возбуждения, а мельничный каркас имеет зубчатую структуру, которая с системами возбуждения статора электромагнитным образом взаимодействует и, тем самым, вызывает вращение мельничного каркаса.

Посредством соответствующей изобретению конструкции кольцевого мотора статор теперь имеет две различные системы возбуждения, которые до сих пор разделялись на статор и ротор. Вследствие этого исключается трудоемкое манипулирование и монтаж с предварительно намагниченными полюсами на мельничный каркас и/или также намагничивание этих роторных сегментов на месте.

В другой предпочтительной форме выполнения статор снабжен системой обмоток, которая выполнена как система катушек зубцов, причем каждый зубец или, при рассмотрении в окружном направлении, каждый второй зубец статора имеет свою собственную шаблонную катушку. Тем самым электрические испытания системы обмоток сегмента статора могут окончательно проводиться уже на заводе.

При этом предпочтительным образом точки деления статорных сегментов предусматриваются в пазу, предпочтительно в середине паза, так что при сборке статорных сегментов не возникают изменения потока из-за отсутствующих катушек зубцов.

В случае, когда обмоткой снабжен каждый второй зубец, точка деления предусмотрена в зубце без обмотки.

Предпочтительным образом зубчатая структура ротора выполнена массивной (сплошной) и устанавливается на мельничный каркас простым способом, например с помощью винтовых соединений. Намагничивание или монтаж с уже предварительно намагниченными полюсными элементами на мельничный каркас, таким образом, больше не требуется.

В другой форме выполнения зубчатая структура, чтобы избежать вихревых токов, выполняется из листового материала. При этом предпочтительным образом листы или участки листов уложены слоями по оси.

В другом предпочтительном варианте выполнения система зубцов на мельничном каркасе выполнена скошенной в осевом направлении, чтобы избежать или, по меньшей мере, уменьшить явления застопоривания между полюсами ротора и статором, которые в противном случае проявляются как колебания вращающего момента в приводной системе.

Изобретение, а также другие предпочтительные варианты осуществления далее поясняются более подробно на основе схематично представленных примеров выполнения, при этом на чертежах показано следующее:

Фиг. 1 - пространственное принципиальное представление прямого привода барабанной шаровой мельницы,

Фиг. 2 - принципиально представленная система обмоток,

Фиг. 3 - система обмоток согласно уровню техники,

Фиг. 4 - система обмоток с зубчатыми катушками согласно изобретению,

Фиг. 5-8, 12, 14-18 - различные принципиально представленные формы выполнения статора и ротора,

Фиг. 9, 10, 11, 13 - представления для пояснения физической взаимосвязи соответствующей изобретению конструкции.

На фиг. 1 в схематичном пространственном представлении показаны основные элементы кольцевого мотора 1 с его стационарной частью, в которой находится статор, и вращающейся частью, в которой находится ротор 12 на не показанном более подробно мельничном каркасе 10.

Статор 6, который имеет аксиально шихтованные слои, закреплен на раме 2 с помощью опорных элементов 5, которые служат в качестве опор для вращающего момента, а также для демпфирования колебаний. Торцевые стороны статора 6 снабжены крышками 3, чтобы между лобовой частью обмотки системы 4 обмоток и крышкой 3 образовать охлаждающий канал 7, который предпочтительно пригоден для воздушного охлаждения, в частности лобовых частей обмотки. При этом воздушный поток вырабатывается одним или более вентиляторами, которые размещены по окружности статора 6.

Фиг. 2 показывает кольцевой мотор 1 в принципиальном представлении в поперечном сечении, причем кольцевой мотор 1 опирается двумя опорными поверхностями на фундамент 15, так что статор 6 кольцевого мотора 1 свободно подвешен над фундаментом 15. Мельничный каркас 10 через не показанные подробно опоры связан с фундаментом, которые не существенны для понимания изобретения и поэтому не изображены более подробно.

На мельничном каркасе 10 находится также ротор 12 зубчатой структуры 20. Ротор 12, таким образом, при рассмотрении в окружном направлении, разделен на отдельные роторные сегменты 21, которые, соответственно, могут просто транспортироваться и монтироваться на мельничном каркасе 10. Роторные сегменты 21 являются массивными, также цельными или многослойными и/или, что касается аксиального расположения зубчатой структуры 20, выполнены скошенными относительно оси 33.

За счет скошенной ориентации зубчатой структуры 20 уменьшается неравномерность вращающего момента, так что обеспечивается равномерное вращение мельничного каркаса 10.

Кроме того, статор 6 выполнен закрытым крышкой 3 и, чтобы иметь возможность целенаправленно отводить тепло, отдельные вентиляторы 22 могут быть распределены в окружном направлении.

Эти вентиляторы 22 представлены схематично и обеспечивают, по отношению к центрально размещенному вентилятору, ввиду их количества, выравнивание охлаждающей мощности.

Крышка 3 защищает, в частности, статор 6 от загрязнения, которое могло бы ухудшить диэлектрическую прочность системы 4 обмоток.

Стационарная часть роторного мотора 1 разделена, например, на четыре статорных сегмента 23, причем отдельные статорные сегменты 23 через точки 24 деления могут механически связываться друг с другом. Статор 6 кольцевого мотора 1, согласно фиг. 2, разделен на четыре статорных сегмента 23, так как статор 6 как целое, ввиду его габаритов, больше не может транспортироваться и поэтому должен подразделяться на отдельные сегменты.

Система 4 обмоток предпочтительно сформирована посредством катушек 25 зубцов. При этом катушки 25 зубцов включают в себя, соответственно, только один зубец 27, так что как представлено на фиг. 2, на каждый паз 26 имеется только один прямой или обратный проводник катушки 25 зубца. При этом получаются зубцы 27, которые окружены катушкой 25 зубца, и имеются зубцы 28, которые не окружены катушкой 25 зубца. Таким образом, в окружном направлении происходит чередование зубцов с обмоткой и без обмотки. Точка 24 деления проходит, таким образом, через зубец 28 без обмотки.

Постоянные магниты, расположенные в этом примере выполнения в воздушном зазоре, по причинам наглядности, не представлены на фиг. 2.

При этом зубцы без обмотки, что касается их стороны, обращенной к воздушному зазору, имеют ширину, равную ширине зубцов без обмотки или уже. Кроме того, зубцы без обмотки выполнены заодно с листом соответствующего статорного сегмента или как отдельная деталь, так что она может быть позиционирована в заднике ярма статорного сегмента.

В другой форме выполнения каждый зубец 27 снабжен обмоткой, так что в каждом пазу 26 находятся прямой и обратный проводник различных катушек 25 зубцов. Если каждый зубец 27 имеет катушку 25 зубца, то точка 24 деления позиционирована таким образом, что она проходит посредине через паз 26, и, таким образом, в этом разделяющем пазу в смонтированном состоянии кольцевого мотора 1 находятся прямой и обратный проводники различных катушек 25 зубцов.

Посредством соответствующих изобретению выполнений системы обмоток статорных сегментов теперь не нужно в установке на месте вставлять системы 4 обмоток в пазы, смежные с точками 24 деления.

Тем самым, вся система 4 обмоток укладывается в соответствующий статорный сегмент 23 на заводе, заливается, испытывается и затем транспортируется на установку.

Укладка обмоток в окружающие точки 24 деления пазы 26 статора 6 согласно фиг. 3 больше не требуется. Вследствие этого испытание изоляции на установке становится ненужным.

Согласно фиг. 3 значительное число шаблонных катушек уложено таким образом, что они продолжаются над точкой деления и поэтому могут укладываться только на месте.

На установке необходимо только проводить электрическую коммутацию отдельных статорных элементов 23, предпочтительно с известным 12-импульсным полупроводниковым преобразователем электроэнергии.

Тем самым, каждый статорный сегмент 23 уже на заводе полностью снабжается системой 4 обмоток в пазах и постоянным(и) магнитом(ами) в/на статоре 6 и там подвергается проверке качества и изоляции.

В последующих изображениях, по причинам наглядности представления, выбрана прямая, то есть не криволинейная форма представления, которая, однако, в технико-физическом аспекте не отличается от криволинейной формы, которая лежит в основе кольцевого мотора 1.

Для того чтобы дополнительно упростить монтаж кольцевого мотора 1, ротор 12 в соответствии с изобретением имеет зубчатую структуру 20 согласно фиг. 5, которая как в области основного корпуса 29 ротора, так и в области фиксатора 30 выполнена из листов. Кроме того, для дополнительного упрощения монтажа кольцевого мотора постоянные магниты 31 размещены на статоре 6 или статорном сегменте 23. Размещение постоянных магнитов 31 на статорном сегменте 23 в плоскости воздушного зазора, в частности, выполнено в полосовой форме. Постоянные магниты 31 в этом варианте с продольным потоком, по существу, ориентированы параллельно фиксаторам 30, которые функционируют как элементы проводника потока. Для снижения неравномерностей вращающего момента постоянные магниты 31 могут быть целенаправленно позиционированы по типу наклонного положения к их собственно осевому прохождению.

Это скашивание определяется формой листа и, тем самым, осевым прохождением пазов 26.

В другом предпочтительном варианте выполнения зубчатая структура 20 изготовлена из листов, которые по осевой длине ротора 12 уложены в стопку друг за другом. При этом соответствующие листы роторного сегмента 21 с основным корпусом 29 ротора и фиксатором 30 выполнены из одной детали, то есть за одно целое. Посредством укладывания листов в стопку друг за другом возникает зубчатая структура 20 роторного сегмента 21 с фиксаторами 30. Вид многослойной структуры показан на фиг. 5.

Зубчатая структура 20 ротора 12 в окружном направлении сформирована посредством роторных сегментов 21, так что роторный сегмент 21 примыкает к следующему роторному сегменту 21. Подобные другие в направлении перемещения, то есть в окружном направлении, примыкающие роторные сегменты 21 в представлении на фиг. 5 не показаны. Представление согласно фиг. 5 показывает также постоянные магниты 31. Постоянные магниты являются N-S постоянными магнитами или S-N постоянными магнитами. Эти постоянные магниты 31 продолжаются, например, по всей осевой ширине пакета 61 листов статора 6. Для того чтобы снизить магнитное рассеяние, предусмотрены межполюсные промежутки 62.

Статор 6 в другой форме выполнения по фиг. 6 выполнен таким образом, что он имеет полюсный наконечник 55, обращенный к воздушному зазору. Полюсные наконечники 55 расширяют опорную поверхность для постоянных магнитов 31. За счет этого повышается выход энергии кольцевого мотора 1.

Другие ветви (фазы) мотора (например, V и W) сформированы аналогичным образом. В представленном положении постоянные магниты 31 вырабатывают магнитные потоки возбуждения, сумма которых образует потокосцепление ψ системы 4 обмоток.

Каждая ветвь U, V, W предусмотрена для одной фазы трехфазной сети. Требуемый сдвиг фазы достигается посредством геометрического сдвига ветвей. Геометрический сдвиг Δх электрически соответствует при этом 120о для, например, трехфазной машины. Каждая ветвь U, V, W не только соответствует катушке 25 зубца системы 4 обмоток, но и две или более катушек 25 зубцов предусмотрены для соответствующей ветви U, V, W кольцевого мотора 1.

Зубчатая структура 20 при этом выполнена на каждый роторный сегмент 21 как одно целое.

Представление согласно фиг. 7 показывает в явном виде кольцевую форму кольцевого мотора 1, возможного согласно изобретению. Кольцевой мотор 1, который может быть выполнен как синхронный мотор, имеет статор 6 и ротор 12. Ротор 12 является поворотным относительно оси 33, которая в этом случае также является осью не показанного более подробно мельничного каркаса 10. Статор 6 содержит размещенные вокруг зубцов катушки 25 зубцов с полюсными наконечниками 55 и постоянными магнитами 31. Статорные сегменты 23 примыкают друг другу в точках 24 деления и там механически связаны друг с другом.

Представление по фиг. 8 показывает детальный фрагмент из представления по фиг. 7. На фиг. 8 представлено позиционирование постоянного магнита 31 у воздушного зазора, физически следуя предыдущим формам выполнения.

Представление согласно фиг. 9 показывает фрагмент статорного сегмента 23 и зубчатой структуры 20 роторного сегмента 21. Этот фрагмент схематично воспроизводит, каким образом магнитные поля в статоре 6 могут распределяться, причем выбрана форма вида сбоку. На фиг. 9 показана обмотка системы 4 обмоток. Кроме того, показано, что фрагмент статора 6, а также зубчатая структура 20 могут разделяться на секции. Статор 6 имеет первичные секции 50, 51, 52 и 53, причем эти первичные секции относятся к постоянным магнитам 31. Эти секции являются областями, в которых соответственно направлению намагничивания постоянных магнитов 31 магнитный поток проходит либо от роторного сегмента 21, либо к роторному сегменту 21. Ход показан стрелками 28.

Сумма всех сцепленных с системой 4 обмоток магнитных потоков образует поток ψ сцепления. Поток сцепления вырабатывается в основном постоянными магнитами, которые могут образовывать замыкание магнитного потока через роторный сегмент 21. Имеющие разную длину стрелки 36, 37 потока показывают для каждого постоянного магнита 31 поток, сцепленный с системой 4 обмоток (катушкой зубца). Роторный сегмент 21 также имеет, соответственно имеющимся фиксаторам 30, секции. Эти вторичные секции 40, 41, 42 и 43 соответствуют фрагментам, в которых фиксатор 30 имеется или не имеется. Посредством фиксатора 30 может проводиться магнитный поток. Магнитный поток возбуждения, который, например, вызывается постоянным магнитом север-юг, замыкается через фиксатор 30 и статор 6 в секции 50 в соединении с секцией 40. При этом статор 6 имеет, например, за первым постоянным магнитом север-юг (N-S-постоянным магнитом) другой постоянный магнит, который намагничен в противоположном направлении, так что он является S-N-постоянным магнитом. Однако подобный постоянный магнит не показан на фиг. 9, так как он размещен сзади.

В положениях, где фиксатор 30 противолежит постоянному магниту 31, возникает узкий воздушный зазор 35. В соседних положениях без фиксатора 30 возникает другой воздушный зазор 35. За счет того, что воздушные зазоры 35, 37 не одинаковы, в секциях 50, 52 и 51, 53 посредством постоянных магнитов 31 вырабатываются различные по величине магнитные потоки 36 и 37. Результирующий поток 62 получается как сумма всех потоков 36 и 37.

Представление согласно фиг. 9 показывает магнитный поток возбуждения 36, 37 во времени к моменту времени и для положения статорного сегмента 22 и роторного сегмента 21, при котором поток в системе 4 обмоток имеет переход через нуль. Зависимый от положения ход магнитного потока возбуждения или индуцированное напряжение в обмотке и преобразованная при этом мощность мотора, обтекаемого током, представлены на фиг. 11. Для показанного на фиг. 9 положения роторного сегмента 21 Х=0 получается отрицательный поток ψ сцепления, а для положения Х=τМ, которое показано на фиг. 10, - положительный поток ψ. Представление согласно фиг. 10 показывает роторный сегмент 21 в его положении Х=τМ. Если роторный сегмент 21 перемещается на один магнитный шаг полюсов, то тем самым сцепление 63 потока катушки 25 зубца (системы 4 обмоток) постепенно изменяется от отрицательного к положительному значению.

На то, каким образом происходит изменение, можно оказывать влияние посредством геометрических параметров, таких как ширина постоянного магнита, воздушный зазор, ширина зубца (ширина фиксатора 30) и т.д. В предпочтительном варианте выполнения по возможности стремятся к синусоидальному изменению.

Представление на фиг. 11 показывает на трех графиках магнитный поток ψ сцепления, получаемое отсюда индуцированное напряжение U и электрическую мощность Pel, Str ветви/обмотки, в зависимости от времени. Временное изменение представлено через указание положения фазы напряжения. Изменение потока ψ также воспроизводит изменение магнитного поля, которое может вырабатываться, например, посредством постоянных магнитов 31. Для оптимального формирования усилия ветви ток должен прикладываться в фазе с индуцированным напряжением. Кроме того, показаны положения Х=0 и Х=τМ, причем эти положения взаимосвязаны с другими представленными характеристиками изменения потока ψ, напряжения Ui и электрической мощности Pel, Str на символическом представлении согласно фиг. 9 и 10. Из третьего графика, на котором нанесена электрическая мощность, видно, что для постоянной мощности (~ усилия) число ветвей m (фаз) мотора должно быть больше и/или равно двум. Предпочтительным образом выбираются три ветви, так как трехфазные полупроводниковые преобразователи требуют меньше полупроводниковых вентилей, чем двухфазные или многофазные.

Однако для применений в кольцевых моторах также могут использоваться и многофазные системы.

Представление согласно фиг. 13 служит для наглядной иллюстрации технического принципа и показывает выработку усилия F. Чтобы представить образование усилия в окружном направлении кольцевого мотора 1 более наглядным образом, представляется вспомогательная модель. Постоянный магнит 31 замещается токами на относящейся к нему поверхности оболочки. Постоянный магнит 31 можно также, например, представить мысленно в виде прямоугольного параллелепипеда, причем на боковых поверхностях параллелепипеда 44, как показано, протекает ток. В модели 45 можно также постоянный магнит 31 представить обмоткой, причем согласно модели, направление тока внутри обмотки представлено с помощью точки 48 или крестика 47. В представлении 2D постоянный магнит сводится к поперечному сечению проводника эквивалентных токов. Если подставить на виде сбоку статора постоянные магниты, то отсюда получается следующая конфигурация.

Выработанное системой 4 обмоток магнитное поле концентрируется в воздушном зазоре 35 в местах фиксаторов 30, которые служат проводниками потока, так как здесь магнитное сопротивление самое низкое. Фиктивные проводники лежат, таким образом, в поле фазной катушки, усиливают его на одной стороне и ослабляют на другой стороне. Проводники «смещаются» в область меньшей напряженности поля, что представлено направлением действующей на статор силы F на фиг. 13. Эта взаимосвязь описывается также «правилом правой руки», при котором ток, магнитное поле и сила F находятся под прямым углом. В показанном на фиг. 13 положении Х=τМ/2 статора 6 и роторного сегмента 21 друг к другу фазный ток, то есть ток через обмотку, то есть катушку 25 зубца, достигает своего максимума.

Представление согласно фиг. 12 показывает статорный сегмент 23 и роторный сегмент 21, которые показывают схематизированную часть кольцевого мотора 1.

Роторный сегмент 21 согласно фиг. 12 выполнен из листов как в зоне основного корпуса 29 ротора, так и в зоне фиксатора 30. Конфигурация постоянных магнитов 31 в плоскости воздушного зазора имеет форму полос. Постоянные магниты 31 в этом варианте с продольным потоком ориентированы по существу параллельно фиксаторам 30 (проводникам потока). Для уменьшения неравномерностей вращающего момента постоянные магниты 31 и, тем самым, расположение пазов 26 могут быть скошенными под заданным углом относительно их осевой ориентации.

Деталь статорного сегмента 23 имеет катушку 25 зубца, постоянные магниты и прямые, т.е. выполненные параллельными боковыми сторонами пазов, зубцы 27 с обмотками.

Постоянные магниты 31 являются N-S-постоянными магнитами или S-N-постоянными магнитами. Эти постоянные магниты 31 продолжаются, например, на всю ширину 77 пакета листов статора 6. Постоянные магниты 31 могут также, в принципе, в своей осевой протяженности и/или протяженности в окружном направлении быть подразделены на несколько частичных магнитов. Это особенно предпочтительно, чтобы уменьшить вихревые токи внутри постоянных магнитов 31.

Представление согласно фиг. 14 показывает схематично другую возможную форму выполнения кольцевого мотора 1. Статорный сегмент 23 имеет при этом полюсные наконечники 55. Полюсные наконечники 55 расширяют плоскость контакта для постоянных магнитов 31. За счет этого можно увеличить выход энергии электрической машины. Так как за счет увеличения плоскости для позиционирования постоянных магнитов 31, например по сравнению с формой выполнения по фиг. 12, сужается зона, в которой может быть уложена система 4 обмоток, в частности катушка 25 зубца в статоре 6 или статорном сегменте 23, зубец предпочтительно выполняется с намоточным каркасом 56.

Намоточный каркас 56 имеет как полюсный наконечник 55, так и намоточную шейку 57. Вокруг намоточной шейки 57 может наматываться обмотка или может позиционироваться предварительно изготовленная катушка 25 зубца, причем снабженный обмоткой намоточный каркас 56 затем может позиционироваться в статорном сегменте 23. Намоточный каркас 56 фиксируется на статорном сегменте 23 предпочтительным образом с помощью выступа или элементов типа ласточкина хвоста.

На фиг. 14 показана обмотка в виде ветви (фазы) U кольцевого мотора 1. Другие фазы мотора (например, V и W) могут быть реализованы посредством одинаковым образом сформированных статорных сегментов 23, однако не показаны. В представленном положении постоянные магниты 31 вырабатывают магнитные потоки возбуждения, сумма которых образует поток ψ сцепления катушки 25 зубца.

В другой форме выполнения намоточный каркас 56 также разделен на две части, чтобы обеспечить возможность простого монтажа катушек зубцов на статорном сегменте 23. При этом намоточная шейка 57 с задником 65 ярма образуют единый блок, и полюсный наконечник 55 после монтажа катушки 25 зубца на намоточной шейке 57 посредством вышеназванного средства крепления позиционируется и фиксируется на намоточной шейке 57.

На фиг. 15 в схематичном изображении показана часть статорного и роторного сегмента 21 кольцевого мотора 1 с магнитным контуром продольного потока. Это соответствует представлению по фиг. 14, причем только намоточный каркас 56 как единое целое связан со статорным сегментом 23. Следствием этого является то, катушка 25 зубца через прорезь 64 паза должна помещаться в паз 26.

Представление согласно фиг. 16 показывает многофазную конфигурацию кольцевого мотора 1. Каждая ветвь (фаза) предусмотрена для фазы многофазной токовой сети, например трехфазной сети. Требуемый сдвиг фаз реализуется посредством геометрического смещения ветвей относительно друг друга. Геометрический сдвиг Δх соответствует при этом 120° электрически для представленной трехфазной машины. Каждой фазе U, V и W статорного сегмента 23 в этом представлении соответствуют две катушки 25 зубцов. Число фаз и/или число катушек 25 зубцов на фазу при этом, в принципе, не ограничено, но посредством практической выполнимости ограничено сверху.

Представление по фиг. 17 показывает другое выполнение кольцевого мотора 1, причем здесь в качестве постоянных магнитов 31 применяются магниты зубцов. Магниты 58 зубцов, которые также являются постоянными магнитами, находятся между, например, листами мягкого железа. Вырабатываемое магнитами 58 зубцов другое магнитное поле 54 обозначено линиями со стрелками. Направление 59 намагничивания постоянных магнитов 31 также обозначено стрелками. Магниты зубцов позиционированы, по существу, посредине в зубце и проходят, по существу, параллельно оси катушки 25 зубца. Зубец 27 окружен катушкой 25 зубца. Магнитное поле возбуждения является указанным другим магнитным полем, которое возбуждается посредством магнита 58 зубца. Это конструктивное выполнение ведет к концентрации потока в воздушном зазоре. Концентрация потока определяется геометрией магнитного контура. Параметрами влияния являются при этом, например, размеры постоянных магнитов 31 и геометрические размеры листа. Направление 59 намагничивания магнитов 58 зубцов (магнит зубца является постоянным магнитом 31) главным образом параллельно плоскости воздушного зазора.

Шаг зубцов роторного сегмента 21 кольцевого мотора 1 по фиг. 17 не является целым кратным шага магнитов статорного сегмента 23. Это особенно справедливо для среднего значения, в случае если шаг зубцов или магнитов не является постоянным.

Система 4 обмоток, в частности конфигурация катушек 25 зубцов, также выполнена одно- или многофазной. Соотнесение катушек 25 зубцов с отдельными фазами мотора зависит от выбранного соотношения шага зубцов между статором 6 и ротором 12. Представление согласно фиг. 17 показывает, в случае зубцов 27 статора 6, другой шаг зубцов, чем в случае зубцов ротора 6, которые образованы фиксаторами 30.

При этом многофазный кольцевой мотор 1 может быть реализован как с одинаковым или неодинаковым шагом зубцов у статора 6 и ротора 12. Одинаковый шаг зубцов представлен, например, на фиг. 14 и фиг. 15.

Представление согласно фиг. 18 отличается от представления согласно фиг. 17, по существу тем, что вместо магнитов 58 зубцов теперь используются магниты 60 ярма в качестве другого средства для генерации других магнитных полей. Магниты 60 ярма являются также постоянными магнитами 31 и позиционированы в зоне ярма. Ярмо служит для соединения зубцов 27. Из позиционирования этих магнитов в варианте по фиг. 18, по сравнению с фиг. 17, получается также другое поле возбуждения.

Представление согласно фиг. 17, 18 показывает статор 6 кольцевого мотора 1, который сформирован из отдельных зубцов, причем каждый зубец имеет катушку зубцов, и при этом элементы зубцов связаны посредством элементов магнита. Тем самым поток может усиливаться, и никакие постоянные магниты или другие электрические системы возбуждения не требуется предусматривать на мельничном каркасе 10. Там имеется только зубчатая структура 20.

Как показано на фиг. 14 или 15, на каждую головку зуба может приходиться также несколько постоянных магнитов 31. Но при этом при расширении головки зуба возникает проблема, чтобы разместить катушки 25 зубцов в имеющихся пазах 26. Эта проблема может быть преодолена тем, что намоточная шейка 57 зубца как целое со своими постоянными магнитами предварительно оснащается катушкой зубца и позиционируется посредством соединения типа ласточкина хвоста в заднике 65 ярма.

И в этом случае предпочтительным образом между постоянным магнитом 31 и полюсным наконечником 55 с различным направлением намагничивания предусмотрены элементы блокирования 32 потока, чтобы предотвратить «магнитные короткие замыкания».

В соответствии с изобретением кольцевой мотор 1 как прямой привод для рудной мельницы или барабанной шаровой мельницы выполнен сегментированным, что касается как статора 6, так и ротора 12 в окружном направлении.

Ротор в собранном состоянии, то есть когда роторные сегменты 21, смонтированные друг с другом, находятся на мельничном каркасе 10, имеет только зубчатую структуру 20.

Эта зубчатая структура 20 образована посредством основного корпуса 29 ротора и на нем фиксатора 30, радиально ориентированного в направлении воздушного зазора кольцевого мотора. Зубчатая структура 20 каждого роторного сегмента 21 выполнена как единый сплошной элемент, образуя так называемую единую деталь.

Кроме того, зубчатая структура 20 роторного сегмента 21 также может создаваться расположенными друг за другом по оси листами. Каждый лист выполнен при этом единым, причем основной корпус 29 ротора и фиксатор 30 листа образуют единую деталь.

Кроме того, как фиксатор 30, так и основной корпус 29 ротора могут выполняться как отдельные детали, независимо от того, выполнен ли роторный сегмент 21, то есть отдельные части основного корпуса ротора и фиксатор 30, сплошными и/или листовыми.

Тем самым, могут быть выполнены следующие варианты роторного сегмента 21. Основной корпус 29 ротора и в качестве отдельной детали фиксатор 30 выполнены из листов. Основной корпус 29 ротора выполнен сплошным, а фиксатор 30 - листовым. Основной корпус 29 ротора выполнен листовым, а по меньшей мере, фиксатор 30 - сплошным.

Статор 6 кольцевого мотора 1 создан из статорных сегментов 23, причем каждый статорный сегмент 23 имеет катушки 25 зубцов. По меньшей мере, одна катушка 25 зубца находится на каждом зубце или на каждом втором зубце. Зубцы, таким образом, все обмотаны, по меньшей мере, одной катушкой 25 зубца, или, при рассмотрении в окружном направлении, либо каждый второй зубец обмотан, по меньшей мере, одной катушкой 25 зубца.

Статорный сегмент 23 выполнен либо листовым, либо спеченным.

Пазы статора 6 либо имеют параллельные боковые стенки, либо, по меньшей мере, зубцы с обмотками имеют в направлении воздушного зазора расширение полюсных наконечников 55.

Монтаж катушек 25 зубцов на зубцах статорного сегмента 23 осуществляется от будущей стороны воздушного зазора через полюсные наконечники и при суженных прорезях 64 пазов путем постепенного ввода или за счет того, что зубец в качестве намоточного каркаса 56 выполнен составным. При этом либо полюсный наконечник 55 может позиционироваться на намоточной шейке 57, либо намоточная шейка 57 может позиционироваться на заднике 65 ярма.

Постоянные магниты 31 находятся на обращенной к воздушному зазору стороне или в статоре 6 в зубцах 27 в качестве магнита 58 зубцов или в заднике ярма в качестве магнита 60 ярма и могут выполняться либо как одна деталь, либо как составные. При этом направление намагничивания постоянных магнитов 31 может предусматриваться свободно выбираемым в зависимости от конфигурации элементов 32 блокирования потока.

Шаг зубчатой структуры 20 ротора 12 является при этом целым кратным шага магнитов статора 6, как, например, представлено на фиг. 14 и фиг. 15, или зубчатая структура 20 ротора 12 отличается от этого целого кратного шага магнитов статора 6, как, например, на фиг. 16.

Тем самым заданная неравномерность вращающего момента является целенаправленно выбираемой или также в соответствии с этим может устраняться.

Кроме того, зубчатая структура 20 между фиксаторами 30 заполнена подходящим материалом, например пластиком, чтобы избегать отложений загрязнений.

Зубчатая структура 20 может быть образована посредством дистанцированных фиксаторов 30, причем имеющиеся между фиксаторами 30 зазоры соответствуют ширине фиксаторов 30. Эти зазоры могут быть также меньшими или большими, чем ширина фиксаторов 30.

Кроме того, также возможно, в окружном направлении, реализовать разные расстояния между фиксаторами. Это реализуется, в частности, отдельными роторными сегментами 21 с соответственно определенными различными расстояниями между фиксаторами.

Тем самым за счет смены роторных сегментов 21 с помощью других расстояний между фиксаторами можно создать другие свойства мотора.

Эти приведенные варианты статора 6, статорных сегментов 23, форм выполнения зубцов статора 6, ротора 12, роторных сегментов 21, зубчатой структуры 20, материалов статора 6 и ротора 12, форм выполнения постоянных магнитов 31, материала и расстояний между фиксаторами 30 и т.д., при реализации кольцевого мотора 1 в МВт-диапазоне (от нескольких МВт до 20 МВт) представленные формы выполнения могут быть реализованы в любой комбинации.

1. Кольцевой мотор (1) в качестве прямого привода, в частности, для рудных мельниц или барабанных шаровых мельниц со статором (6) и выполненным в виде вращающегося мельничного каркаса (10) ротором (12), причем статор (6) имеет, по меньшей мере, две различные системы возбуждения, а мельничный каркас (10) имеет зубчатую структуру, которая с системами возбуждения статора (6) электромагнитным образом взаимодействует и, тем самым, вызывает вращение мельничного каркаса (10), причем статор (6) и/или ротор (12) сформирован из сегментов, причем обмотки, которые выполнены как катушки зубцов, в точках деления (24) от одного статорного сегмента (23) к другому, выполнены таким образом, что при сборке отдельных статорных сегментов (23) в точках деления (24) образуется паз, в котором находятся соответствующие половины двух различных катушек зубцов, причем теперь статор и/или роторные сегменты могут отдельно изготавливаться в заводских условиях и проверяться.

2. Кольцевой мотор (1) по п.1, характеризующийся тем, что системы возбуждения выполнены как обтекаемая током система (4) обмоток и как система постоянных магнитов.

3. Кольцевой мотор (1) по п.1 или 2, характеризующийся тем, что система (4) обмоток размещена в пазах (26) статора (6), и постоянно возбуждаемая магнитная система в форме постоянных магнитов (31) размещена в статоре (6) и/или на обращенной к воздушному зазору кольцевого мотора (1) стороне полюсных наконечников (55), образованных зубцами (27), сформированными посредством пазов (26).

4. Кольцевой мотор (1) по п.3, характеризующийся тем, что постоянные магниты (31) в статоре (6) позиционированы в зубцах (27) статора (6) и/или в заднике (65) ярма.

5. Кольцевой мотор (1) по п.1, характеризующийся тем, что система (4) обмоток образована из катушек (25) зубцов, причем, по меньшей мере, каждый второй зубец статора (6), имеет, по меньшей мере, одну катушку (25) зубца, которая окружает этот зубец (27).

6. Кольцевой мотор (1) по п.1, характеризующийся тем, что статор (6) и/или ротор (12) выполнен из сегментов.

7. Кольцевой мотор (1) по п.6, характеризующийся тем, что обмотки, которые выполнены как катушки зубцов, в точках деления (24) от одного статорного сегмента (23) к другому выполнены таким образом, что при сборке отдельных статорных сегментов (23) в точках деления (24) статорных сегментов образуется паз, в котором находятся соответственно половины различных катушек (25) зубцов.

8. Кольцевой мотор (1) по п.1, характеризующийся тем, что зубчатая структура ротора (12) выполнена сплошной, и/или из листов, и/или скошенной.

9. Кольцевой мотор (1) по п.1, характеризующийся тем, что на каждый зубец (27) предусмотрен один или более постоянных магнитов (31).

10. Кольцевой мотор (1) по п.1, характеризующийся тем, что зубчатая структура (20) ротора (12) является целым кратным шага магнитов статора (6) или отличается от целого кратного шага магнитов статора (6).

www.findpatent.ru


Смотрите также