В Кубанском государственном технологическом университете запатентовали асинхронный электродвигатель со сдвоенным короткозамкнутым ротором, который автоматически тормозится после отключения питания.

Двигатель рассчитан на приводы поточных линий, где требуется быстро остановить вращающийся механизм после отключения питания. Его ротор состоит из двух пакетов магнитопровода, которые могут перемещаться вдоль вала. При подаче напряжения электромагнитное усилие сдвигает эти части навстречу друг другу, одновременно сжимая тормозную пружину и освобождая ротор. После отключения питания электромагнитное поле ослабевает, пружина возвращает пакеты ротора в исходное положение, а конические закалённые пластины входят в контакт с тормозными накладками и за счёт трения останавливают ротор и приводной механизм.

Одной из задач разработчиков было устранить искрение, которое возникало в конструкции, использованной в качестве прототипа. Там две части короткозамкнутого ротора при пуске и остановке могли соприкасаться внутренними короткозамкнутыми кольцами, из-за чего между ними возникал электрический разряд.

В патенте указано, что это ограничивало возможность применения такой конструкции во взрывоопасных зонах. В новой версии на внутренних соприкасающихся торцевых поверхностях пакетов магнитопроводов закреплены тонкоплёночные шайбы из диэлектрического материала. Их толщина, согласно описанию, может составлять от долей нанометра до нескольких микрон. По расчёту авторов, наличие шайб не должно влиять на рабочие характеристики двигателя.

Изменилась и конструкция короткозамкнутой обмотки. Стержни, расположенные в пазах ротора, устанавливаются со скосом относительно оси вращения, причём величина скоса не должна превышать одного зубцового деления ротора. Авторы указывают, что это решение должно уменьшить провалы и пики крутящего момента при пуске и работе двигателя, а также снизить уровень шума и вибрации.

Что говорит физика

Принцип работы двигателя остаётся обычным для асинхронной электрической машины: вращающееся магнитное поле статора создаёт токи в короткозамкнутом роторе, за счёт чего возникает крутящий момент.

Особенность разработки заключается в использовании возникающего при работе электромагнитного осевого усилия для перемещения двух частей ротора вдоль вала. При подаче питания пакеты магнитопровода сходятся и сжимают тормозную пружину, освобождая ротор. После отключения питания осевое удерживающее усилие уменьшается, пружина разводит пакеты обратно, а конические пластины прижимаются к тормозным накладкам.

В результате отключение питания запускает механический процесс торможения без отдельного электромагнита для включения тормоза. Дополнительное осевое усилие при движении пакетов по шлицевым соединениям используется для повышения эффективности торможения и точности позиционирования.