Cтраница 1
Высокоскоростные двигатели в вертикальном и горизонтальном исполнении с мощностью до 450 кет и скоростью вращения до 3900 обjмин для привода основных валков чистовых клетей. [1]
Высокоскоростные двигатели широко используются для других промышленных производств и механизмов: различного рода центрифуг, аэродинамических установок, механизмов деревообрабатывающей промышленности, в текстильной промышленности ( для привода веретен), при научных исследованиях быстро протекающих процессов, в ручных инструментах облегченного веса, а также в ряде других автоматических устройств. [2]
Поэтому высокоскоростные двигатели получают г. се более широкое применение. В частном случае выбор частоты вращения двигателя производят с учетом намеченной схемы привода механизма. Далее проверяют соответствие динамических характеристик двигателя и механизма. В качестве примера на рис. 14.1 приведены тяговые характеристики трехфазного асинхронного электродвигателя с короткозамкнутым ротором. [3]
В статоре высокоскоростных двигателей редко можно получить более двух полюсов с хорошими фазовыми связями вокруг внутреннего диаметра статора. Наконец, задача разработки высокочастотного источника энергии с повышением частоты усложняется, и при более высокой частоте такой источник энергии работает с меньшей эффективностью. [4]
Для испытаний высокоскоростных двигателей и дизелей большой мощности пользуются гидравлическими тормозами ДРХ - типа Фруда. [5]
Особенностью конструкции высокоскоростного двигателя любого типа является малая доля активных частей ( как по массе, так и по габаритам) по отношению к двигателю в целом. Это объясняется наличием системы охлаждения, системы смазки шарикоподшипников или достаточно громоздких и сложных газовых подшипников, массивностью корпуса. Кроме того, некоторые сравниваемые двигатели имеют различное назначение, в соответствии с которым в их конструкцию введены узлы и детали, не присущие данному типу двигателя и затрудняющие оценку мас-согабаритных показателей. Для объективного сравнения в таблице приводятся габариты только активных частей двигателя в предположении, что остальные узлы могут быть идентичными и одинаково эффективными для сравниваемых двигателей. Такое допущение возможно, поскольку конструкция ВБД не накладывает на этот счет никаких ограничений. [6]
Аэродинамические опоры для высокоскоростных двигателей и турбин. [7]
Если для привода используется высокоскоростной двигатель, то возникает проблема выбора передаточного числа механизма, связывающего двигатель с исполнительным звеном. [8]
Специфика и особенности расчета высокоскоростных двигателей не отражены в книгах по проектированию электродвигателей общего применения и микродвигателей промышленной частоты 50 гц, несмотря на то, что в настоящее время эти двигатели широко применяются в СССР и за границей. В связи с этим возникает необходимость обобщения опыта по созданию и проектированию сверхвысокоскоростных высокочастотных двигателей, освещения особенностей их электромагнитного расчета, характеристик, систем питания, испытаний, эксплуатации. [9]
Схемы частотного регулирования наиболее целесообразно применять для высокоскоростных двигателей я для двигателей, требующих широкого, диапазона регулирования скорости и длительно работающих иа низких и скоростях, для которых достижение устойчивой работы двигателей другими методами оказывается невозможным. Обязательным условием для этих последних случаев является обеспечение синусоидального питающего напряжения на выходе преобразователя. По-видимому, весьма перспективным является использование полупроводниковых преобразователей и в схемах машин двойного питания. [11]
Особенность конструкции ВБД в сравнении с другими типами высокоскоростных двигателей заключается в наличии постоянных магнитов на роторе, а также ДПР и коммутатора. [12]
Практика производства механизированных инструментов показала, что инструмент с высокоскоростным двигателем, имеющим 12000 - 18000 об / мин. [13]
Поэтому снижение мощности и габарита двигателей подач может быть достигнуто применением высокоскоростных двигателей с диапазоном изменения скорости до 6 - - 8 за счет ослабления потока. [14]
Использование этих предположений может, видимо, привести к серьезным погрешностям для высокоскоростных двигателей, но ввиду отсутствия экспериментальных данных нельзя сделать каких-либо определенных выводов по этому вопросу. Хотя такие предположения позволяют резко сократить затраты машинного времени, уровень и строгость анализа должны снизиться. Некоторые исследователи применяют новый подход, при котором на некоторых стадиях решения пренебрегают различными эффектами, но в конце концов учитывают их. [15]
Страницы: 1 2 3 4
www.ngpedia.ru
Изобретение может быть использовано в двигателестроении. Двигатель (1) содержит цилиндр (2) и поршень (3), который перемещается внутри цилиндра (2). Поршень (3) содержит по меньшей мере выступ (6) и/или выемку, которые устраняют трение боковой поверхности поршня во время перемещения. Имеются соединительная тяга (4), которая смещена от оси цилиндра и, в то же время, соединена с поршнем (3) под углом и, кривошип (5), который регулирует скорость поршня (3) при его ходах благодаря углу двух концов соединительной тяги (4) относительно оси цилиндра (2). Технический результат заключается в повышении величины крутящего момента и снижении потерь на трение. 12 з.п. ф-лы, 15 ил.
Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к экологически безвредному, высокоскоростному двигателю внутреннего сгорания, в котором топливо используется с высокой эффективностью посредством усовершенствования механизма соединительной тяги и изменения устройства поршня и в котором выброс отработанного газа находится на минимальном уровне.
Уровень техники
В уровне техники с тех пор, как двигатели внутреннего сгорания и двигатели взрывного действия были изобретены Отто, проводились исследования, целью которых было уменьшение потребления топлива, уменьшение потерь, вызванных трением, и высокая мощность двигателя посредством выполнения нескольких усовершенствований в механизмах кривошипа, соединительной тяги и поршня.
В патенте США № 702270B1 раскрыт двигатель внутреннего сгорания, в котором перемещение соединительной тяги максимально вдоль хода поршня в результате закрученной соединительной тяги и, таким образом, в котором целью является достижение высокой эффективности и высокого крутящего момента посредством достижения максимального давления после того, как кривошип проходит верхнюю мертвую точку, при этом двигатель содержит кривошипный вал, который смещен от вертикальной оси цилиндра.
В патенте Канады № 1170927 раскрыт двигатель внутреннего сгорания, который обеспечивает увеличение мощности двигателя в лошадиных силах и меньшее трение и который содержит веерообразный поршень, соединенный с поршнем штифтом.
В заявке на патент США № 2005051128 раскрыт двигатель внутреннего сгорания, который содержит канавки, которые принимают расширяющийся газ на поршне, и, таким образом, который предотвращает потери, вызванные трением.
Однако в предшествующем уровне техники главной проблемой в выпускаемых двигателях Отто и других классических двигателях является очень низкая эффективность двигателя и очень высокая потеря эффективности, так как давление, создаваемое сгораемым и взрываемым топливом в цилиндре, передается на кривошипный вал способом, не пригодным для задачи. Когда поршень находится в верхней мертвой точке в указанных двигателях, давление максимальное, но плечо момента, которое должно повернуть кривошип, равно нулю. Тогда как кривошип продолжает поворачиваться и поршень проходит от верхней мертвой точки до нижней мертвой точки, объем цилиндра увеличивается между 0°-90°, плечо момента начинает принимать форму, но в то же самое время давление газа быстро падает в результате уравновешенности P·V=P1·V1. В результате, время горения, которое обеспечивает эффективное давление и которое является фактором, который определяет падения эффективности, короткое. Согласно отношению давление газа × плечо момента, подходящий крутящий момент и требуемая эффективность сгорания не могут быть достигнуты, так как давление снижается, хотя плечо момента увеличивается. Кроме того, на всем протяжении хода поршня в цилиндре контакт поршня с поверхностью блока продолжает увеличивать изменения давления и, таким образом, увеличивает потери на трение, эффективность же двигателя снижается, и срок службы двигателя уменьшается.
В патенте Канады 1170927 и заявке на патент США 2005051128 и в известном уровне техники целью является уменьшение трения созданием других конструкций в верхней части поршня, однако которые не раскрывают или содержат корпус, в котором механизмы кривошипа-соединительной тяги смещены от оси, так как механизмы кривошипа-соединительной тяги находятся на оси.
В патенте США № 702270B1, в двигателе, который содержит кривошип, смещенный от оси, требуемый крутящий момент, который должен быть образован на кривошипе, стремится к увеличению только посредством придания формы соединительной тяге.
Раскрытие изобретения
Задачей настоящего изобретения является обеспечение высокого крутящего момента, высокой мощности и высокой скорости двигателя, который имеет большое плечо момента при высоком давлении, при этом полное и эффективное сгорание получается осуществлением изменения, которое обеспечивает изменение направления силы, действующей на кривошипный вал соединительной тягой, изготовленной и соединенной с поршнем под некоторым углом (α).
Другой задачей изобретения является создание двигателя с большим ресурсом, в котором потери на трение уменьшаются смещением соединительной тяги от центра цилиндра на некоторое расстояние (х) и осуществлением изменений в верхней части поршня, и, таким образом, обеспечением возможности поршню оставаться в равновесии во время хода в цилиндре.
Еще одной задачей изобретения является создание экологически безвредного двигателя, в котором топливо полностью сгорает с учетом времени горения и, таким образом, в котором при газовых выбросах выхлопные газы находятся на минимальном уровне.
Другой задачей изобретения является обеспечение более дешевого и более экономичного двигателя получением повышенной мощности в меньшем объеме цилиндра.
Еще одной задачей является обеспечение высокой скорости, высокого крутящего момента и высокой мощности двигателя, которая позволяет регулировать скорость поршня в цилиндре в других положениях во время производства двигателя, и, таким образом, где время горения и время сжатия и выбор момента времени открытия и закрытия впускного и выпускного клапанов можно предпочтительно регулировать.
Краткое описание чертежей
Двигатель, воплощенный для достижения задач настоящего изобретения, изображен на прилагаемых чертежах, на которых:
Фиг.1 представляет собой схематичный вид цилиндра двигателя изобретения.
Фиг.2 представляет собой схематичный вид, который изображает взаимное расположение соединительной тяги и кривошипа в системе цилиндра двигателя изобретения.
Фиг.3 представляет собой схематичный вид, который изображает распределение сил, когда поршень находится в верхней мертвой точке, и который изображает углы соединительной тяги относительно цилиндра и кривошипа в системе цилиндра двигателя изобретения.
Фиг.4 представляет собой схематичный вид, который изображает распределение сил, когда поршень находится в верхней мертвой точке в системе цилиндра двигателя изобретения.
Фиг.5 представляет собой схематичный вид, который изображает распределение сил, когда поршень находится в верхней мертвой точке в системе цилиндра двигателя изобретения, в котором центр оси поворота смещен от центра цилиндра и в котором поршень находится в равновесии.
Фиг.6 представляет собой схематичный вид положения кривошипа и ход поршня вдоль хода поршня в цилиндре в двигателе известного уровня техники.
Фиг.7 представляет собой схематичный вид положения кривошипа и ход поршня вдоль хода поршня в цилиндре в двигателе изобретения.
Фиг.8, 9, 10, 11, 12, 13, 14 и 15 представляют собой схематичные виды устройства поршня в предпочтительном варианте осуществления двигателя изобретения.
Элементам на чертежах присвоены отдельные ссылочные позиции, относящиеся к:
1. Двигателю
2. Цилиндру
3. Поршню
4. Соединительной тяге
5. Кривошипу
6. Выступу
7. Выемке
8. Углублению
9. Выпуклости.
Подробное описание изобретения
Двигатель (1) по изобретению содержит по меньшей мере цилиндр (2), по меньшей мере поршень (3), который перемещается внутри цилиндра (2) и который содержит по меньшей мере выступ (6) и/или выемку (7), которая устраняет трение поверхности поршня (3) во время перемещения, по меньшей мере одну соединительную тягу (4), которая смещена от центра цилиндра (2) на некоторое расстояние (х) и которая расположена под углом (α) относительно поршня (3), и по меньшей мере один кривошип (5), который эффективен в регулировании скорости поршня (3) при его ходах благодаря углу γ° двух концов относительно оси цилиндра (2).
В двигателе (1) по изобретению соединительная тяга (4), которая находится между поршнем (3) и кривошипом (5) и которая соединяет поршень (3) с кривошипом (5), устанавливается на поршне с некоторым смещением (х) от центра цилиндра (2) и под углом (α). Часть между верхним концом (А) соединительной тяги (4), которая опирается на поршень (3) под углом α, и нижним концом (В), который закрепляется на валу кривошипа (5), может быть прямой, а также может быть других геометрических форм, например, криволинейной, волнистой, угловой и т.д. (фиг.2).
В классических двигателях, когда поршень (3) находится в верхней мертвой точке, плечо момента, действующее на кривошип (5), равно нулю, и кривошип находится в верхней мертвой точке. Так как угол кривошипа увеличивается к 90°, объем в поршне (3) быстро увеличивается, и, таким образом, давление в цилиндре (2) быстро падает. Наряду с перемещением, плечо момента, действующее на кривошип (5), увеличивается, однако эффективный крутящий момент не может получаться на кривошипе (5) вследствие того, что крутящий момент = плечо момента × равновесное давление в цилиндре.
В двигателе (1) по изобретению два конца соединительной тяги образуют γ° угол относительно оси цилиндра (2), центр кривошипа (5) смещен от центра цилиндра на некоторое расстояние (е), и, таким образом, несмотря на то, что γ° угол меняется, сначала медленное и затем быстрое перемещение получается вдоль хода, и скорость поршня (3) может регулироваться для увеличения эффективности двигателя (1) во время всасывания, сжатия, сгорания и откачки.
В двигателе (1) по изобретению, благодаря α° углу соединительной тяги (4) с цилиндром (2) и под действием силы, эффективно полученной на кривошипе (5), образован выступ на поршне (3) для уравновешивания силы трения, образуемой на боковой поверхности поршня (3) вдоль хода поршня (3) в цилиндре (2), и соединительная тяга (4) смещена от центра цилиндра (2) на х. Силы, полученные изменением и смещением выступа (6) на поршне (3) и отверстия поршня, где соединительная тяга (4) соединяется с поршнем (3) по х и y направлениям, уравновешивают силы, действующие на поверхность цилиндра (2) под действием давления, действующего на поршень, и поршень (3) поддерживается в равновесии в цилиндре (2) (фиг.5). Таким образом, трение, которое возникает на поверхности цилиндра по ходу поршня в цилиндре, предотвращается, предотвращается потеря мощности, и эффективность и срок службы двигателя увеличиваются.
В предпочтительном варианте осуществления двигателя (1) по изобретению для предотвращения силы трения, образуемой поршнем (3) на поверхности цилиндра (2), по меньшей мере короткий и/или длинный выступ (6) и/или по меньшей мере прямая или криволинейная выемка (7) на другой стороне выступа (6) образована на поршне (3) в дополнение к силе, получаемой смещением соединительной тяги (4) от центра цилиндра (2) на величину х (фиг.8, фиг.9, фиг.11, фиг.12, фиг.13, фиг.15).
В предпочтительном варианте осуществления изобретения двигателя (1) поршню (3) придана форма посредством образования по меньшей мере углубления (8) и/или выпуклости (9) на поршне (3) в дополнение к силе, получаемой смещением соединительной тяги (4) от центра цилиндра (2) на величину х для уравновешивания силы трения, образуемой поршнем (3) на поверхности цилиндра (2) (фиг.10, фиг.14).
В классических двигателях (1) известного уровня техники, во время цикла всасывания, когда поршень (3) находится в верхней мертвой точке, угол кривошипа (5) равен 0°. В двигателе (1) по изобретению эффективное плечо момента получено на кривошипе (5), так как соединительная тяга (4) образует угол α градусов относительно оси цилиндра (2), и когда кривошип (5) достигает верхней мертвой точки, он продолжает поворачиваться, а когда образует θ° угол, поршень (3) достигает верхней мертвой точки. В противоположность известному уровню техники, цикл всасывания начинается, когда угол кривошипа (5) равен θ°, не 0°. Во время цикла всасывания, когда кривошип (5) поворачивается так, что образует β° угол, поршень (3) перемещается медленно в цилиндре (2) и проходит расстояние z, когда угол кривошипа (5) достигает 90°, поршень (3) перемещается менее чем на половину своего хода и достигает точки z2. Во время поворотного движения кривошипа (5) между 90°-180° поршень (3) перемещается быстро и проходит большее расстояние (z2). Таким образом, в результате вакуума, образуемого медленным перемещением поршня (3) во время первого 0°-90° перемещения кривошипа (5), топливо полностью всасывается в поршень (3). Во время перемещения между 90°-180° обеспечивается образование идеальной смеси, так как больше воздуха засасывается в поршень (3) под действием силы инерции, образуемой скоростью поршня (3) и разностью давлений. Когда угол кривошипа (5) достигает 180°, кривошип (5) продолжает поворачиваться посредством крутящего момента, действующего на кривошип (5), и цикл всасывания заканчивается, когда угол кривошипа достигает 180°+λ° и когда поршень (3) находится в нижней мертвой точке (фиг.7).
В двигателе (1) по изобретению, тогда как угол кривошипа (5) находится между (180°+λ°)-270° в цикле сжатия, поршень (3) проходит менее половины длины хода, и пройденное расстояние намного короче, чем в классическом двигателе (1) с одним и тем же угловым интервалом. Между 270°-360° поршень (3) проходит более половины своего хода, и когда кривошип (5) достигает θ°, цикл сжатия заканчивается.
В двигателе (1) по изобретению во время рабочего цикла, при перемещении кривошипа (5) между θ°-90° поршень (3) перемещается очень медленно в цилиндре (2) благодаря углу соединительной тяги (4) относительно цилиндра (2), и, таким образом, давление на поршне (3) поддерживается на высоком уровне в течение длительного времени. В этом процессе расстояние, которое поршень (3) проходит, составляет менее половины хода, и, таким образом, получается полное и эффективное сгорание обеспечением достаточного времени (фиг.7).
В то время как угол кривошипа меняется между 90°-180°, поршень (3) проходит более половины длины хода, так что он проходит большее расстояние, чем когда угол кривошипа (5) находится между 0°-90°, и когда угол кривошипа (5) достигает 180°+λ°, поршень (3) достигает нижней мертвой точки. Таким образом, термодинамический коэффициент полезного действия увеличивается, так как топливо сжигается более эффективно выполнением перемещения поршня (3) на меньшее расстояние относительно перемещения вала кривошипа (5) между θ°-90°, и получается намного выше мощность, крутящий момент и скорость по сравнению с классическими двигателями (фиг.7).
Когда угол кривошипа (5) находится между (180°+λ°)-270°, поршень (3) проходит менее половины своего хода, и пройденное расстояние намного меньше по сравнению с классическим двигателем с одним и тем же угловым интервалом. Между 270°-360° поршень (3) проходит более половины своего хода, поворачивается на более θ градусов под действием крутящего момента, действующего на него, и цикл откачки заканчивается. Таким образом, во время производства двигателя (1) время открытия и закрытия впускного и выпускного клапанов относительно положения кривошипа (5) можно регулировать, так что скорость двигателя (1), мощность и крутящий момент будут увеличиваться относительно скорости поршня (3). Таким образом, выхлопной газ приближается к атмосферному давлению, так как выпускной клапан открывается до того, как угол кривошипа (5) достигает 180°, и так как поршень (3) перемещается медленно, когда угол кривошипа (5) находится между (180°+λ°)-270°. Следовательно, давление падает быстро и двигатель (1) потребляет меньше энергии, так как при низком давлении газ может легче выпускаться наружу.
Возможна разработка различных вариантов осуществления на основе фундаментальных принципов, раскрытых здесь. Двигатель (1) изобретения может не ограничиваться примерами, изложенными выше при описании изобретения. Изобретение по существу описано в формуле изобретения.
1. Двигатель (1), отличающийся тем, что содержит по меньшей мере цилиндр (2), по меньшей мере поршень (3), который перемещается внутри цилиндра (2) и который содержит по меньшей мере выступ (б) и/или выемку (7), которые устраняют трение боковой поверхности поршня во время перемещения, по меньшей мере соединительную тягу (4), которая смещена от оси цилиндра на расстояние (x) и, в то же время, соединена с поршнем (3) под углом (α), по меньшей мере кривошип (5), который регулирует скорость поршня (3) при его ходах благодаря γ° углу двух концов соединительной тяги (4) относительно оси цилиндра (2).
2. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что содержит по меньшей мере одну соединительную тягу (4), которая расположена между поршнем (3) и кривошипом (5) и которая соединяет поршень (3) с кривошипом (5), которая смещена от оси цилиндра (2) на расстояние (x) и которая установлена на поршне (3) под углом (α), при этом часть между верхним концом (A), который расположен под углом (α) градусов относительно поршня, и нижним концом (B), который установлен на валу кривошипа (5), может быть прямой, а также может быть криволинейной, волнистой.
3. Двигатель (1) по п.1 или 2, отличающийся тем, что обеспечивает регулирование циклов всасывания, сжатия, сгорания и откачки для увеличения эффективности, при этом соединительная тяга (4) образует γ° угол относительно оси цилиндра (2), когда поршень (3) находится в верхней мертвой точке, содержит по меньшей мере одну соединительную тягу (4), которая смещает ось поворота кривошипа (5) от оси цилиндра (2) на расстояние e.
4. Двигатель (1) по п.1, отличающийся тем, что плечо момента образовано на кривошипе (5), поскольку центр поворота смещен от оси цилиндра (2) на расстояние e, и содержит по меньшей мере один кривошип (5), который образует θ° угол с осью цилиндра (2), когда поршень (3) достигает верхней мертвой точки (ВМТ).
5. Двигатель (1) по п.1, отличающийся тем, что содержит по меньшей мере соединительную тягу (4), которая обеспечивает регулирование скорости поршня (3) при необходимости под действием силы, образуемой по центру поворота кривошипа (5) во время сгорания, когда угол кривошипа (5) равен 0°.
6. Двигатель (1) по п.1, отличающийся тем, что содержит по меньшей мере соединительную тягу (4), которая обеспечивает уменьшение скорости поршня (3) и, таким образом, полное сгорание топлива, когда угол кривошипа (5) относительно оси цилиндра (2) находится между θ-90°.
7. Двигатель (1) по п.1, отличающийся тем, что содержит по меньшей мере кривошип (5), который заставляет поршень (3) достигать нижней мертвой точки, когда угол относительно цилиндра (2) равен 180° +λ°.
8. Двигатель (1) по п.1, отличающийся тем, что содержит по меньшей мере соединительную тягу (4), которая заставляет поршень (3) проходить менее половины своего хода при перемещении кривошипа (5) между (180° +λ°)-270°, а время открытия и закрытия впускного и выпускного клапанов предварительно определены при производстве двигателя (1) согласно перемещению так, что скорость, мощность и крутящий момент двигателя (1) будут увеличиваться.
9. Двигатель (1) по п.1, отличающийся тем, что содержит по меньшей мере соединительную тягу (4), которая заставляет поршень (3) проходить более половины своего хода при перемещении кривошипа (5) между 270° -360°, а время открытия и закрытия впускного и выпускного клапанов предварительно определены при производстве двигателя (1) согласно перемещению так, что скорость, мощность и крутящий момент двигателя (1) будут увеличиваться.
10. Двигатель (1) по п.1, отличающийся тем, что содержит по меньшей мере одну соединительную тягу (4), которая смещена от центра цилиндра (2) на величину x для уравновешивания силы трения, образуемой на поверхности цилиндра (2) во время перемещения поршня (3) в цилиндре (2) под действием полезной силы, образуемой на кривошипе (5).
11. Двигатель (1) по п.1, отличающийся тем, что содержит по меньшей мере одну соединительную тягу (4), на которой содержится по меньшей мере выступ (6) и/или выемка (7) для уравновешивания силы трения, образуемой на поверхности цилиндра (2) во время перемещения поршня (3) в цилиндре (2) под действием полезной силы, образуемой на кривошипе (5).
12. Двигатель (1) по п.1, отличающийся тем, что содержит по меньшей мере один поршень (3), на котором содержится по меньшей мере один выступ (6) и/или по меньшей мере прямая или криволинейная выемка (7) на другой стороне для уравновешивания силы трения, образуемой на боковой поверхности поршня (3) во время перемещения поршня (3) в цилиндре (2) под действием полезной силы, образуемой на кривошипе (5).
13. Двигатель (1) по п.1, отличающийся тем, что содержит по меньшей мере один поршень (3), на котором содержится по меньшей мере одна выпуклость (8) и/или углубление (9) для уравновешивания силы трения, образуемой на поверхности цилиндра (2) во время перемещения поршня (3) в цилиндре (2) под действием полезной силы, образуемой на кривошипе (5).
www.findpatent.ru
Высокоскоростной двигатель (СДПМ) (PMSM).
Синхронный двигатель с постоянным магнитом (СДПМ) собственной разработки - правильное решение для высокоскоростного оборудования, которое имеет высокую производительность и коэффициент мощности более 95%, а также малые потери по току.
Преимущества: высокая эффективность и малый размер.
Технические характеристики:
• Выходная мощность: 30–350 л. с.
• Скорость вращения: 10 000–100 000 об./мин.
• Эффективность: более 95%.
• Коэффициент мощности: 95% и более.
• Число полюсов: 2.
• Класс изоляции: класс H.
• Инверторный привод: Senserless Sinewave FWM.
• Охлаждение: воздушное и водяное.
• Действие: непрерывное.
Как устроен высокоскоростной двигатель?
|
|
|
|
Ротор в сборе |
Статор двигателя |
PMSM (СДПМ) Permanent Magnet Synchronous Motor (синхронный двигатель с по- стоянным магнитом). Высокоскоростные двигатели трбокомпрессоры и турбовоздуходувки подразделяются на индукционные двигатели, PMSM и BLDC (двигатели постоянного тока без щеток). Индукционные двигатели обладают относительно низкой эффективностью, т. к. в качестве ротора в них используется стальная деталь. Из-за вращательного скольжения они также требуют отдельного контроллера для точного управления скоростью. У двигателей PMSM малые потери на роторе и полностью отсутствует скольжение. Характерные различия двигателей PMSM и BLDC определяются способами их управления. Двигатели BLDC обеспечивают высокий текущий вращательный момент благодаря току с прямоугольными импульсами, но для непрерывной работе это становится недостатком в результате высоких потерь из-за высокочастотного тока. Двигатели PMSM, напротив, позволяют минимизировать потери из-за высокочастотного тока, т. к. в них используется синусоидальный ток.
neuros-blower.ru
Cтраница 4
Двигатели с шихтованным ротором и короткозамкнутой обмоткой изготовляются до частот вращения 5000 - 6000 об / мин. Чтобы обеспечить механическую прочность ротора при больших частотах вращения, роторы асинхронных высокоскоростных двигателей выполняют стальными, без пазов, а вал и магнитопровод изготовляют из одной заготовки. [47]
Для электроприводов главного движения шлифовальных и заточных станков, где требуется высокая частота вращения ( 6000 об / мин и более), перспективными являются электроприводы переменного тока с регулированием частоты питающего напряжения с помощью преобразователей. Для этих станков разрабатываются специальные серии асинхронных двигателей с частотным управлением мощностью до 100 кВт, асинхронных высокоскоростных двигателей мощностью до 4 кВт и др. До выпуска этих двигателей возможно применение асинхронных двигателей серии 4А ( см. разд. [49]
Удельный вес в отказах различных элементов двигателя зависит от типа машины, ее габаритов, угловой скорости, подводимого напряжения и качества технологического процесса при изготовлении. В машинах очень малых габаритов, в которых применен тонкий провод, наибольшее число отказов возникает из-за обмотки; в высокоскоростных двигателях интенсивность отказов связана с работой подшипников качения, а в коллекторных машинах - щеточно-коллекторного узла. Значительное число отказов возникает в первые 10 - 20 ч работы; этот начальный период называется приработкой. За приработкой следует так называемый нормальный период эксплуатации, который подчиняется экспоненциальному закону распределения. Наконец, третий период - период износа, при котором выход из строя двигателя вызван износом его отдельных узлов или старением. [51]
Вероятность отказов различных элементов двигателя зависит от типа машины, ее габаритов скорости, напряжения и качества технологического процесса. В машинах очень малых габаритов, в которых применен тонкий провод, наибольшее чь: сло отказов возникает из-за обмотки; в высокоскоростных двигателях интенсивность отказов связана с работой подшипников качения, а в коллекторных машинах - щеточно-коллекторного узла. Значительное число отказов возникает в первые 10 - 20 ч работы; этот начальный период называется приработкой. На участке приработки отказы микроэлектродвигателей подчинены закону Вейбулла с параметрами ki I. За приработкой следует так называемый нормальный период эксплуатации, который подчиняется экспоненциальному закону распределения. [52]
Ротационные компрессоры относятся к объемным машинам. Их прввмуввотвакя по сравнению о поршневыми компрессорами являются равномерность подачи гцоо, компактность и простота конструкция, отсутствие рабфак клапанов, динамическая уравновешенность и возможность непосредственного привода от высокоскоростных двигателей. [53]
Во многих областях техники наряду с переменным током с частотой 50 гц требуется также переменный ток повышенной частоты. Потребителями переменного тока с частотой от 400 до 20 000 гц являются, например, печи для индукционного нагрева металла в литейных, кузнечных и штамповочных цехах, установки для поверхностной закалки металлов, высокоскоростные двигатели переменного тока и др. Для получения переменного тока повышенной частоты служат синхронные генераторы индукторного типа. [54]
Наиболее широко распространены обычные ДПТ с электромагнитным возбуждением и пазовым якорем. Эти двигатели имеют достаточно большие габариты и собственный момент инерции, значительно превышающий приведенный момент инерции механизма. Поэтому в механизмах подач устанавливают, как правило, высокоскоростные двигатели с силовым редуктором, что позволяет значительно уменьшить момент на валу двигателя, а следовательно, и его габариты. Основными достоинствами обычных двигателей являются большая тепловая постоянная времени, обусловленная габаритами якоря, высокие механическая прочность и надежность. Быстродействие таких машин невелико вслед ствие достаточно большого собственного момента инерции и невысокого динамического момента. Невозможность обеспечения высокого динамического момента обусловлена ограничением по коммутационной способности двигателя и размагничивающим действием потока реакции якоря. [55]
Ускорение поршня, двигающегося синусоидально, вызывает появление инерционных сил, влияющих на прочность ходовой системы нагнетателя и вызывающих разрывы сплошности потока. Это ограничивает допустимую скорость вращения кривошипного вала. Поэтому применяются объемные нагнетатели роторного типа, допускающие прямое соединение с высокоскоростными двигателями. [57]
Так были получены смазочные масла н материалы, превосходящие благородные металлы по устойчивости к агрессивным средам. Этого типа вещества стали широко применяться в современной технике с ее высокоскоростными двигателями п необычными условиями их эксплуатации. [58]
Динамическое падение скорости Апд, как это следует из кривой L2, можно ослабить двумя способами: увеличивая механическую постоянную времени привода 7 д или уменьшая электромагнитную постоянную времени ГЯц. Требования к величине этой постоянной в режимах поддержания скорости и пуско - тормозных процессах оказываются противоречивыми. Снижение же величины Гяц полезно во всех случаях и достигается при конструировании электрической машины применением открытых пазов на якоре, введением компенсационной обмотки, применением высокоскоростных двигателей. [59]
Даже если двигатель завоюет большую популярность, должно пройти много лет, прежде чем это внесет сколько-нибудь заметное изменение в торговлю бензином при нормальной скорости замены существующих двигателей. Тем не менее это представляет удобный случай для проверки возможных его требований к топливу. На данной стадии конструирования показано, что топливо с широкими пределами кипения будет наиболее подходящим для малого высокоскоростного двигателя. [60]
Страницы: 1 2 3 4
www.ngpedia.ru
Cтраница 2
Для зубчатых передач, работающих при высоких скоростях, таких, как передачи высокоскоростных двигателей, турбинных редукторов, требуется обеспечение спокойной, бесшумной работы, без вибраций, иными словами, плавность работы, передачи. [16]
X а р и т о н о в, Аэродинамические опоры для высокоскоростных двигателей и турбин, Вестник машиностроения, 1958, № 9, стр. [17]
Электронный индикатор Таховар позволяет более грамотно эксплуатировать автомобиль, полнее использовать динамические возможности современных высокоскоростных двигателей. [18]
В авиационных маслах при работе на больших высотах, а также в автомобильных, работающих в высокоскоростных двигателях, могут образовываться стабильные масляные пены, затрудняющие нормальную работу системы юмазки. Снижая поверхностное натяжение масел ( прочность поверхностных масляных пленок), присадки способствуют удалению растворенного в масле воздуха без образования обильной пены. [19]
Выполнение обмотки на гладком тороиде-статоре способствует устранению потерь от зубцовых гармонических и может быть рекомендовано даже для высокоскоростных двигателей с малым числом полюсов. [21]
Эта схема осадкообразования должна быть общей для масел, нагревающихся в картере двигателя, дизельных топлив в топливной системе высокоскоростных двигателей, и реактивных топлив в топливной системе теплонапряженных летательных аппаратов. [22]
Получение столь высоких частот вращения возможно путем применения повышающей ременной передачи от двигателя с частотой вращения 3000 об / мин либо высокоскоростных двигателей. [23]
Они являются быстроходными механизмами с частотой вращения рабочего колеса от 3000 до 20 000 об / мин, что определяет целесообразность применения для их приводов высокоскоростных двигателей. [24]
Поршневые машины, как правило, относительно тихоходны, причем с увеличением мощности частота вращения их меньше и не превышает обычно 500 об / мин, компрессоры малой мощности имеют более высокоскоростные двигатели с частотой вращения 1000 и 1500 об / мин. Часто рабочий вал компрессора или насоса соединяется с двигателем посредством клиноременной передачи. Шкивы передачи выполняют в этом случае также роль маховиков. [26]
Метилфенилсиликоновые смазочные вещества используются как смазки, работающие при высоких температурах, в клапанах, регулирующих потоки множества различных промышленных жидкостей и газов, в дверцах печей и печных конвейерах, в шарикоподшипниках высокоскоростных двигателей. Эти смазки оказались хорошими и в тех случаях, когда происходит трение резины по стали. [27]
Из изложенного следует, что для уменьшения пиков в кривой Mc - f ( n) центрифуг следует заменить винтовую пару другим видом передачи, например подшипниковым или вы-ступоременным редуктором, или установкой высокоскоростного двигателя, на вертикальном валу которого насаживается ротор и барабан центрифуги. Резонанс колебаний, обусловленный совпадением угловой скорости собственных колебаний вала барабана с угловой скоростью основной системы, у исследованной группы машин не наблюдался. [28]
Лазерное прошивание отверстий нашло самое широкое применение при изготовлении фильер, форсунок, при обработке алмазов, камней ( рубинов) в часовой промышленности, гравировании изделий, в гироскопических устройствах, при балансировке роторов высокоскоростных двигателей. [29]
Страницы: 1 2 3 4
www.ngpedia.ru
Уважаемы господа!
Заранее прошу извинить, если вторгся с несвойственной этому форуму темой, но насколько я понимаю, в системах CAD/CAM/CAE можно разрабатывать и электромеханику, соответственно мой вопрос и предложение относиться к тем, кто работает в этой системе.
Вопрос в следующем: на форуме <noindex>http://www.rcmaster.ru/forum/viewtopic.php...tart=0#img_7207</noindex> обсуждалась самодельная разработка бесколлекторного двигателя. Из того малого, что представлено в том топе, выходит, что при заявленных размерах ротора и статора, возможно изготовить двигатель мощностью до 500 ватт, и оборотами более 30000. К сожалению, тема на том форуме закисла, автор не проявляет особенного энтузиазма, и мои предложения как видно его не заинтересовали.
Требуется специалист, который сможет довести проект двигателя до рабочих чертежей под заданные характеристики двигателя. Если я правильно вник в тему обсуждения, то расчет оборотов двигателя и его мощности собственно зависит от обмотки статора, и не затрагивает исходных размеров самого железа - ротора и статора. Очень интересный получается движок. Изготовить магниты под размер нет проблем, из любого материала, конечно задача ставиться, чтоб извлечь из конструкции максимум КПД, для этого вероятно потребуются магниты из редкоземельных сплавов, но это все вопросы к разработчику.
В настоящий момент, Российская промышленность не выпускает бесколлекторных двигателей, требуемых оборотов и мощности, а забугорные двигатели имеют заоблачную стоимость.
Мне нужен двигатель для фрезерно-гравировального станка ЧПУ, поэтому есть желание делать двигатели самостоятельно, под свои требования.
Требования к двигателю:
Скорость вращения: - 35000-45000 об/мин
Мощность: - не менее 600 Вт
Момент, Нм номинальный - не менее 0.7 Нм
Диапазон регулировок оборотов - от 3000 об/мин.
Диаметр вала и посадочные размеры под подшипник - 12 мм
Питающее напряжение - на усмотрение разработчика.
Управление двигателем - на усмотрение разработчика
Вес двигателя, и его габаритные размеры большого значения не имеют, но конечно не надо его делать в габаритах автомобильного генератора.
Из сказанного на <noindex>http://www.rcmaster.ru/forum/viewtopic.php...tart=0#img_7207</noindex>, выходит, что при его конструкции, можно рассчитать двигатель с оборотами до 100 000, и мощностью более 500 Вт, поэтому я и сделал упор на этот двигатель, но только как вариант, так как вероятно есть и лучшие конструкции.
P.S. Электронику для управления двигателем могу сделать сам, так что нужен только разработчик движка.
Со своей стороны - оплачиваю разработку и обеспечиваю размещение заказов на изготовление штампов и прочих деталей, в том числе и изготовление магнитов.
cccp3d.ru
ВЫСОКОСКОРОСТНОЙ ВЕНТИЛЬНЫЙ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЬ, содержащий индуктор, якорь с многофазной обмоткойj от каждой части витков фазы которой выполнены дополнительные отводы, датчик положения ротора, тиристорный коммутатор, через который к источнику питания подключена обмотка якоря, и систему управления, вклюйа- « ющую в себя усилители-форьшрователи и устройство переключения режима работы, отличающийся тем. что, с целью упрощения, уменьшения массы и габаритов и повьшения надежности , двигатель содержит распределители управляющих импульсов с даумя управляющими входами и дополнительный коммутатор, включенный параллельно тиристорному и соединенный своим выходом с дополнительными отводами обмотки якоря, каждый ключ которого состоит из последовательно соединенных вспомогательного тиристора и транзистора, выходы каждого (Л из распределителей соединены с управляющими цепями силовых ключей обоих коммутаторов, один из входов § соединен с выходом датчика положения ротора, а другой вход - с устройством переключения режима работы. со
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛ ИСТИЧЕСНИХ
РЕСПУБЛИК, ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР (19) (11) (50 4 Н 02 К 29/06 (21) 3328126/24-07 (22) 07 ° 08.81 (46) 07.12.85. Бюл. № 45 (71) Всесоюзный научно-исследовательский институт электромашнностроения (72) Н.П.Адволоткин и А.Ю.Янковский (53) 621.313.13.014.2:621,382(088.8) (56) Ohswald Н., Fricke Н. Drehstrommaschinen mit Stromrichterspeisung"ETZ", 1965, Bd А 86, N 18, $ 600601.
Патент ФРГ ¹ 2531391, кл . EI 02 P 13/18, 1972.
Толстов Ю.Г. Автономные инверторы тока. M.: Энергия, 1978, с.88. (54) (57) BbICOKOCKOPOCTHOA ВЕНТИЛЬНЬЙ
ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЬ, содержащий индуктор, якорь с многофазной обмоткой, от каждой части витков фазы которой выполнены дополнительные отводы, датчик положения ротора, тиристорный коммутатор, через который к источнику питания подключена обмотка якоря, и систему управления, включающую в себя усилители-формирователи и устройство переключения режима работы, отличающийся тем что, с целью упрощения, уменьшения массы и габаритов и повьппення надежности, двигатель содержит распределители управляющих импульсов с двумя управляющими входами и дополнительный коммутатор, включенный параллельно тиристорному и соединенный своим выходом с дополнительными отводами обмотки якоря, каждый ключ
У которого состоит из последовательно соединенных вспомогательного тиристора и транзистора, выходы каждого из распределителей соединены с управляющими цепями силовых ключей обоих коммутаторов, один из входов соединен с выходом датчика положения ротора, а другой вход — с устройством переключения режима работы.
1197018 2
Изобретение относится к электрическим машинам, а именно к высокоскоростным вентильным электродвигателям, и -может быть использовано в приводах высокооборотных механизмов, не требующих больших пусковых моментов, таких, как компрессоры, насосы, центрифуги и другие устройства.
Известны вентильные электродвигатели, содержащие электрическую машину с многофазной статорной обмоткой, датчик положения ротора и полупроводниковый коммутатор, включающий в себя тиристорные силовые ключи, через которые к источнику питания подключена статорная обмотка, и устройство переключения работы двигателя (с искусственной и естественной коммутациями) . Пуск двигателя осуществляется при работе его в режиме искусственной коммутации.
По достижении некоторой частоты вращения, составляющей 0,1-0,2 от значения номинальной частоты вращения, осуществляется переход на естественную коммутацию. В вентильном двигателе трехфазная статорная обмотка подключена с помощью тиристорных ключей коммутатора к источнику питания через регулируемый тиристорный выпрямитель (1) . Недостаток этого устройства заключается в его низкой частоте вращения, составляющей 0,1-0,2 от значения частоты сети, т.е, 5-8 Гц при питании от промышленной сети частотой 50 Гц, Для высокоскоростных двигателей частоты коммутации (при числе пар полюсов р=1-3) лежит в ripeделах 200-1000 Гц, поэтому при частоте коммутации 5"1О Гц двигатель не достигает частоты вращения, при которой возможен переход на естественную коммутацию.
Известен также вентильный электродвигатель, в котором прерывание питания осуществляется с помощью транзисторных ключей с частотой, превышающей частоту сети. Электродвигатель содержит в цепи постоянного тока транзисторы, обеспечивающие прерывание тока по сигналам с элементов управляющих цепей транзисторов коммутатора (2j .
Недостатками данного электродвигателя являются необходимость работы транзисторов с номинальным током дви
45 гателя и на полное напряжение питания, что ограничивает мощность двигателя и его напряжение питания, и значительные потери в транзисторах.
Наиболее близким к изобретению по технической сущности является вентильный электродвигатель, который содержит якорь с многофазной обмоткой, имеющей отводы от части токов каждой фазы для изменения частоты вращения, датчик положения ротора,. мостовой коммутатор с силовыми тиристорными ключами, через которые к источнику питания подключена ста-! торная обмотка, устройство переклю чения режима работы двигателя. Двигатель содержит также батарею коммутирующих емкостей, подключенных к силовым ключам с помощью дополнительных тиристоров. Управление силовыми тиристорами осуществляется по сигналам датчика положения ротора через усилители-формирователи, а дополнительными тиристорами - через логические элементы. При пуске двигателя обеспечивается режим искусственной коммутации силовых тиристоров с помощью коммутирующих емкостей. По сигналу устройства переключения режима работы дополнительные тиристоры запираются, и дальнейшая работа двигателя осуществляется в режиме естественной коммутации (3) .
Недостатками известного двигателя являются сложность, большая масса и габариты и низкая надежность.
Это объясняется наличием громоздкой батареи коммутирующих емкостей и трудностями согласования моментов работы дополнительных и основных силовых тиристоров, обуславливающих низкую надежность коммутатора.
Цель изобретения — упрощение конструкции, снижение массы и габаритов коммутатора и повышение надежности.
Цель достигается тем, что двигатель содержит распределители уп50 равляющих импульсов с двумя управляющими входами и дополнительный коммутатор, включенный параллельно тиристорному и соединенный своим выходом с дополнительными отводами
55, обмотки якоря, каждый ключ которого состоит из последовательно соединенных вспомогательного тиристора и транзистора, и распределители сигна, 1!97018
55 лов, выходы каждого из которых соединены с управляющими цепями силовых ключей обоих коммутаторов, один из входов соединен с выходом датчика положения ротора, а другой вход— с устройством переключения режима работы.
На фиг. 1 приведена схема коммутаторов с подключенной к ним обмоткой и системой управления двумя силовыми ключами; на фиг. 2 — блоксхема распределителя управляющих импульсов; на фиг. 3 — диаграммы на- пряжений, снимаемых с элементов двигателя.
Вентильный электродвигатель содержит мостовой тиристорный коммутатор 1 с силовыми ключами 2-7, через которые к источнику питания подключены фазы 8-10 трехфазной статор" ной обмотки, имеющей отводы 11-13.
Параллельно тиристорному коммутатору 1 подключен дополнительный коммутатор 14 с сиповыми ключами
15-20, каждый из которых, например ключ 15, состоит из последовательно соединенных тиристоров 21 и транзистора 22, шунтированных в обрат" ном направлении диодом 23. Через силовые ключи 15-20 коммутатора 14 с источником питания соединены отводы
11-13 статорной обмотки. Силовые ключи коммутаторов 1 и 14, через которые с источником питания соединена одна и та же фаза статорной обмотки, своими управляющими цепями связаны с одним и тем же распределителем сигналов. Например, силовые ключи 2 и 15, соединенные с фазой 8 и.отводом 11, управляющими цепями своих элементов соединены через усилители-формирователи 24-26 с распреде лителем 27 управляющих импульсов.
Распределители сигналов с соответствующими усилителями-формировате" лями остальных ключей на фиг.! не показаны. Каждый распределитель 27 сигналов соединен своими входами с. датчиком 28 положения ротора и устройством 29 переключения режима ра»боты.
Блок-схема распределителя 27 сигналов выполнена на логических элементах HE 30-32 и на логических элементах ИЛИ-НЕ 33-35. Входы 36 и 37 распределителя управляющих импульсов соединены соответственно с уст10 15
50 ройством 29 переключения режима работы и датчиком 28 положения ротора.
Выходы 38-40 через усилители-формирователи 24-26 соединены соответственно с тиристором 2, тиристором 21 и транзистором 22.
Сигнал U (фиг.3) поступает с устройства 29 переключения режима работы на вход распределителя 27 сигналов, на другой вход которого подается сигнал U с датчика 28 положе-. ния РотоРа. Сигналы П, U 1 и П, снимаемые соответственно с транзистора 22, тиристора 21 и тиристора 2 характеризуют отпертое и запертое состояние этих элементов. Пунктирная линия 41 обозначает момент переключения режима работы двигателя с искусственной коммутации на естественную.
Двигатель работает следующим образом.
Пуск двигателя производится при работе ет о в режиме искусственной коммутации на пониженном напряжении питания, При отсутствии сигнала с устройства 29 переключения режима работы, отпирающие сигналы с распределителей сигналов, например с распределителя 27 сигналов, поступают только на транзистор 22 и тиристор 21.. При этом тиристор 21 находится в отпертом состоянии s течение всего периода работы двигателя в режиме искусственной коммутации, а транзистор 22 отпирается только при поступлении на вход распреде-. лителя сигналов с датчика положения ротора. Таким образом, режим искусственной коммутации в предлагаемом двигателе характеризуется запертым состоянием силовых тиристоров коммутатора 1, отпертым состоянием тиристоров коммутатора 14 и коммутацией части статорной обмотки, осуществляемой через отводы 11-13 с помощью транзисторов коммутатора 14.
Значение напряжения питания, плавно возрастающего с повышением частоты вращения, не должно при этом превышать максимально допустимого для трanэисторов напряжения.
При достижении двигателем часто ты вращения, составляющей 0,1-0,2 от значения поминальной частоты, осуществляется переход на режим работы с естественной коммутацией. Дпя этого с устройства переключения ре-
5 1 жима работы подается сигнал на распределители сигналов в результате чего запираются тиристоры коммутатора 14, отпираются на весь период работы в режиме естественной коммутации .транзисторы коммутатора 14, а переключение обмотки осуществляется силовыми тиристорами коммутатора 1, отпираеылми s моменты, когда имеет место сигнал с датчика положения ротора (фиг.З) .
Применение предлагаемого двигателя, в сравнении с известным позL воляет исключить батарею коммути-. рующих емкостей с подключающими их тиристорами и упростить схему и процесс пуска двигателя за счет применения полностью управляемых сило4
197018 Ь вых элементов. За счет того, что с помощью транзисторов коммутируется только часть обмотки, повышается частота вращения двигателя, и переход на режим естественной коммутации обеспечивается при меньшем напряжении питания. Это позволяет при напряжении питания двигателя 600 В и более использовать существующие
10 мощные силовые транзисторы, предельно допустимое напряжение длякоторых практически не превосходит
100-120 В с предельным коллекторным током 100 А.
15 За счет существенного упрощения системы управления повышается надежность двигателя, увеличивается срок его непрерывной работы.
Риг. 1
)197018
Ðèã.2.
2У
Ь2
Составитель А.Санталов
Редактор Н.Яцола Техред A.Áàáèíåö Корректор С.Шекмар
Заказ 7573/55 Тираж 645 Подписное
ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий
113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5
Фипиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул.Проектная, 4
www.findpatent.ru
