Хит-парад. Самые "крутильные" моторы

При шлифовании отверстий малого диаметра для обеспечения надлежащих скоростей резания требуются весьма высокие скорости вращения шлифовальных шпинделей. Так, при шлифовании отверстий диаметром 5 мм кругом диаметром 3 мм со скоростью всего лишь 30 м/сек шпиндель должен иметь скорость вращения 200 000 об/мин.

Применение в целях повышения скорости ременных передач ограничено предельно допустимыми скоростями ремня. Скорость вращения шпинделей с ременным приводом обычно не превышает 10 000 об/мин, причем ремни проскальзывают, быстро выходят из строя (через 150-300 час.) и создают вибрации во время работы.

Высокоскоростные пневматические турбинки тоже не всегда пригодны вследствие весьма значительной мягкости их механической характеристики.

Проблема создания высокоскоростных шпинделей имеет особое значение для производства шариковых подшипников, где требуется высококачественное внутреннее и желобное шлифование. В связи с этим в станкостроительной и шарикоподшипниковой промышленности применяются многочисленные модели так называемых электрошпинделей со скоростями вращения 12 000-50 000 об/мин и более.

Электрошпиндель (рис. 1) представляет собой шлифовальный шпиндель с тремя опорами и встроенным короткозамкнутым высокочастотным двигателем. Ротор двигателя помещается между двумя спорами на конце шпинделя, противоположном шлифовальному кругу.

Реже применяют конструкции с двумя или четырьмя опорами. В последнем случае вал электродвигателя соединяется со шпинделем посредством сцепной муфты.

Статор двигателя электрошпинделя собирается из электротехнической листовой стали. На нем располагается двухполюсная обмотка. Ротор двигателя при скоростях вращения до 30-50 тыс. об/мин набирается также из листовой стали и снабжается обычной коротко-замкнутой обмоткой. Диаметр ротора стремятся по возможности уменьшить.

При скоростях, больших 50 000 об/мин, вследствие значительных потерь встали, статор снабжают рубашкой с охлаждением проточной водой. Роторы двигателей, предназначенных для работы с такими скоростями, выполняют в виде сплошного стального цилиндра.

Особое значение для работы электрошпинделей имеет выбор типа подшипников. При скоростях вращения до -50 000 об/мин применяются шариковые подшипники повышенной точности. Такие подшипники должны иметь максимальный зазор, не превышающий 30 мк, что достигается надлежащей комплектовкой. Подшипники работают с предварительным натягом, создаваемым посредством тарированных пружин. Тарировке пружин предварительного натяга шариковых подшипников и выбору их посадочного натяга должно быть уделено большое внимание.

При скоростях вращения, больших 50 000 об/мин, удовлетворительно работают подшипники скольжения при интенсивном охлаждении их проточным маслом, подаваемым специальным насосом. Иногда смазку подают в распыленном состоянии.

Строились также высокочастотные электрошпиндели на 100 000 об/мин на аэродинамических опорах (подшипники с воздушной смазкой).

При производстве высокочастотных электродвигателей требуется весьма точное изготовление отдельных деталей, динамическая балансировка ротора, точная сборка и обеспечение строгой равномерности зазора между статором и ротором.

В связи с изложенным, изготовление электрошпинделей производится по специальным техническим условиям.

Рис.1. Высокочастотный шлифовальный электрошпиндель.

Коэффициент полезного действия высокочастотных двигателей относительно мал. Это объясняется наличием повышенных потерь в стали и потерь на трение в подшипниках.

Размеры и вес высокочастотных электродвигателей относительно невелики.

Рис. 2. Современный высокочастотный электрошпиндель

Применение электрошпинделей взамен приводов с ременным приводом в условиях производства шариковых подшипников увеличивает производительность труда при работе на внутришлифовальных станках не менее чем па 15-20%, резко уменьшает брак по конусности, овальности и по чистоте поверхности. Долговечность шлифовальных шпинделей увеличивается в 5-10 раз и более.

Большой интерес представляет также применение высокоскоростных шпинделей при сверлении отверстий диаметром менее 1 мм.

Частота тока, питающего высокочастотный электродвигатель, выбирается в зависимости от требуемой скорости вращения n электродвигателя по формуле

так как р = 1.

Так, при скоростях вращения электрошпинделей 12 000 и 120 000 об/мин требуются соответственно частоты 200 и 2000 Гц.

Для питания высокочастотных двигателей раньше применяли специальные генераторы повышенной частоты. Сейчас для этих целей используют статические преобразователи частоты на быстродействующих полевых транзисторах.

На рис. 3 представлен синхронный индукционный генератор трехфазного тока отечественного производства (тип ГИС-1). Как видно из чертежа, на статоре такого генератора имеются широкие и узкие пазы. Обмотка возбуждения, катушки которой размещены в широких пазах статора, питается постоянным током. Магнитное поле этих катушек замыкается через зубцы статора и выступы ротора так, как это показано на рис. 3 пунктиром.

Рис. 3. Индукционный генератор тока повышенной частоты.

При вращении ротора магнитное поле, перемещаясь вместе с выступами ротора, пересекает витки обмотки переменного тока, размещенной в узких пазах статора, и наводит в них переменную э. д. с. Частота этой э. д. с. зависит от скорости вращения и числа выступов ротора. Электродвижущие силы, наведенные тем же потоком в катушках обмотки возбуждения, взаимно компенсируются вследствие встречного включения катушек.

Питание обмотки возбуждения производится через селеновый выпрямитель, присоединенный к сети переменного тока. Как статор, так и ротор имеют магнитопроводы, изготовленные из листовой стали.

Генераторы описанной конструкции изготовляются на номинальные мощности 1,5; 3 и 6 кВт и на частоты 400, 600, 800 и 1200 Гц. Номинальная скорость вращения синхронных генераторов равна 3000 об/мин.

9000 об/мин

Говорят, это самый крутой автомобиль в истории компании Lexus. И что его преемник обязан прыгнуть выше крыши, чтобы не посрамить наследие. Говорят, звук его мотора можно слушать вместо музыки и узнать мгновенно даже за километр. Эти восторженные фанатские эпитеты - про модель LFA, первый полноценный суперкар от компании Lexus.

Динамика Lexus LFA может и не самая выдающаяся: разгон до 100 км/час - за 3,7 секунды, максимальная скорость - 326 км/час. Но машина за свою короткую жизнь поставила на треках немало рекордов (например, на Нюрбургринге) и "нахлобучивала" в дрэг-битвах немало именитых соперников. Но яркая жизнь LFA была коротка: за два года сделали всего 500 машин. Неудивительно, что поклонники так ждут продолжения...

Машину строили по знакомым канонам: больше алюминия (35%), больше карбона (65%)… А вот собираемый вручную вигатель получился уникальный. Созданный совместно с Yamaha 4,8-литровый V10 с непривычным углом развала цилиндров в 72 градуса был компактнее обычного V8 и весил меньше, чем типичный V6. Кованые поршни, титановые шатуны, клапаны и глушитель, отдельный дроссель на каждый цилиндр, мощность в 560 л.с. - и "потолок" в 9000 об/мин! Причем японские инженеры еще и отдельно настраивали "голос" мотора, чтобы был как у болидов "Формулы-1". И ведь получилось: на высоких оборотах LFA вопит чисто по-формульному!

Porsche 911 (991) GT3

Porsche 918 Spyder

9000 об/мин

9150 об/мин

В большой семье Porsche вы найдете несколько моделей, двигатели которых, кажется, вот-вот пойдут вразнос от их же собственной быстроходности. Первый - это 911 (991) GT3, выпускаемый с 2013 года. Шестицилиндровый "оппозит" объемом 3,8 литра выдает 475 л.с. и раскручивается до 9000 об/мин - спасибо почти невесомым титановым шатунам и кованым поршням. Только как раз из-за низкокачественных болтов этих самых шатунов 785 машин попали под отзывную компанию. Но нет худа без добра: в компании не стали возиться с заменой болтов - и просто поставили на спорткары новые моторы!

С ноября 2013 по июнь 2015 года Porsche выпустила 918 Spyder тиражом 918 штук ценой под миллион евро каждая. Но проблем со сбытом, как вы понимаете, у компании не было.

Вторая модель по имени 918 Spyder - уже гибридная, трехмоторная и еще более сумасшедшая. "Сердце" самого-самого Porsche в истории - атмосферный V8 объемом 4,6 литра, отдачей в 608 лошадиных сил и "отсечкой" на 9150 об/мин! И каждую ось тут еще дополнительно крутит свой электромотор. В сумме получилось 887 л.с. и 1280 Нм тяги (это больше, чем у более мощной LaFerrari), разгон до 100 км/час за 2,5 секунды и максимальная скорость в 351 км/час. Ну а дальше - минутка неудержимого хвастовства: мы сумели сами испытать потенциал этого монстра! можно почитать текстовую версию тест-драйва, а ниже мы выложили видеосюжет АвтоВестей для ТВ.

Ferrari LaFerrari

9250 об/мин

Уже ставшая легендарной LaFerrari точно заслуживает титул безумнейшей Ferrari. Самая мощная. Самая продвинутая. И самая первая гибридная модель в истории компании. От такого кощунства (променять силу чистой энергии атмосферного ДВС на помесь богини с электротележкой для гольфа!) сам Энцо Феррари наверняка в гробу перевернулся. И при этом LaFerrari сочетала в себе трудносочетаемое.

Всего 499 счастливчиков смогли купить LaFerrari, отдав за нее больше миллиона долларов.

Чуть ли не вся вылепленная из углепластика и оснащенная карбон-керамическими тормозами, она получилась воздушно легкой - всего 1,2 тонны сухой массы. Активная аэродинамика, активная подвеска, активный задний "дифф"… И более чем активный 800-сильный мотор, способный раскрутиться до 9250 об/мин. Но это не какой-то там моторчик с кулачок, а здоровенный атмосферный V12 объемом 6,2 литра! Плюс 163-сильный электромотор, встроенный в 7-ступенчатого "робота". На выходе - 350 км/час "максималки" и разгон до 100 км/час примерно за 2,5 секунды. И LaFerrari не только безумно едет, но и все так же безумно звучит, как и положено Ferrari. Если бы старик Энцо послушал и попробовал, он бы простил и возгордился...

10 000 об/мин

Компания Honda собаку съела на "крутильных" моторах - спасибо своему мотоциклетному наследию! Многие наверняка помнят сумасшедший родстер S2000 с 2-литровым "атмосферником", который выдавал 240 л.с. и крутился почти до 9000 об/мин. А вот кто помнит идейного предка этой машины?

Honda S800 выпускали с 1966 по 1970 годы, сделав 11 536 штук.

Его звали S800. Легкая, изящная спортивная двухместка в кузовах родстер или купе. Четыре цилиндра, рабочий объем всего 0,8 литра. Моторчик выдавал всего 70 л.с., но во-первых, с ним S800 стала первой "Хондой", которая разгонялась до 160 км/час. И в то время это был самый быстрый в мире серийный автомобиль с мотором объемом до 1 литра. А сам двигатель разгонялся до 10 000 об/мин, да еще с таким звуком! Забавно, что при этом в ранних S800 все еще сочетались весьма продвинутая в те годы независимая подвеска по кругу - и цепной привод задних ведущих колес. Тоже мотоциклетное наследние…

Использование: электропривод различного назначения. Сущность изобретения: ротор выполнен в виде предварительно смонтированного и сбалансированного узла, содержит постоянные магниты, центральные части торцов которых соединены с помощью пластин с втулкой. Технический результат: упрощение конструкции и уменьшение массы. 2 ил.

Изобретение относится к электротехнике, в частности к приводам с электродвигателем. Широко известны и наиболее распространены бесколлекторные асинхронные трехфазные электродвигатели с короткозамкнутым ротором. Асинхронный электродвигатель возбуждается переменным током, который, как правило, подводится к электродвигателю от сети переменного тока, имеющей промышленную частоту 50 Гц . Известен электродвигатель переменного тока, содержащий статор с обмоткой, ротор с короткозамкнутой обмоткой, выполненной в виде беличьей клетки, и вала с подшипниковыми опорами (см. авт. св. СССР N 1053229, кл. H 02 K 17/00, 1983). Для управления частотой вращения асинхронного электродвигателя с фазным ротором могут быть использованы устройства, содержащие в цепи ротора преобразователь частоты с непосредственной связью . Эти устройства имеют значительные габариты и вес. Наиболее близким аналогом изобретения является электродвигатель, содержащий вращающийся вокруг оси ротор и статор, установленный соосно с ротором. По окружности ротора и статора размещены несколько биполярных полюсов. Полюса ротора расположены внутри, а статора - снаружи окружности, концентричной оси ротора и лежащей в плоскости, перпендикулярной этой оси. Блок, соединенный с одной из групп полюсов, управляет подачей к ней питания для выборочного намагничивания полюсов и создания вращающего магнитного поля. Каждый из полюсов ротора имеет магнитный сердечник E-образного поперечного сечения, причем плоскость поперечного сечения перпендикулярна плоскости окружности, на которой размещены полюса. Открытая часть сердечников обращена к этой окружности и имеет один центральный и два наружных выступа. На каждом полюсе ротора вокруг центрального выступа намотана по меньшей мере одна катушка, соединенная с блоком управления для создания вращающегося магнитного поля . Данный электродвигатель не позволяет получить высокие обороты и сложен в изготовлении, так как трудно осуществить его балансировку и выполнить электронное устройство блока управления для создания вращающегося магнитного поля. Целью изобретения является создание высокооборотистого двигателя с оборотами до 50000 в минуту, имеющего простую конструкцию и малый вес. Указанный технический результат достигается тем, что ротор выполнен в виде предварительно смонтированного и отбалансированного узла, включающего втулку и равномерно расположенные по поперечному сечению по меньшей мере два постоянных магнита, центральные части торцов которых соединены посредством пластин со втулкой, последняя напрессована на вал отбора мощности, при этом смежные магниты противоположно намагничены и их продольный размер больше внутреннего радиуса статора, а электронное устройство выполнено в виде последовательно соединенных между собой диодного моста, фильтра и тиристорного преобразователя. На фиг.1 схематически изображен продольный разрез высокооборотистого электродвигателя; на фиг.2 - поперечное сечение А-А на фиг.1. Высокооборотистый электродвигатель содержит: статор 1, имеющий обмотки 2, ротор 3, установленный в подшипниковых опорах 4, вал 5 отбора мощности с напрессованной на нем втулкой 6, соединенной посредством пластин 7 с центральными частями торцов постоянных магнитов 8, расположенными с зазором относительно статора 1, причем смежные магниты противоположно намагничены и их продольный размер больше внутреннего радиуса статора, а электронное устройство для создания вращающегося магнитного поля (не показано) выполнено в виде последовательно соединенных между собой диодного моста (типа Д-245 или Д-246), фильтра (типа РЦ) и тиристорного преобразователя. Величина зазора между статором 1 и ротором 3 выполняется порядка 2 мм, увеличение зазора ведет к потере мощности. Желательно использование магнитов 8 на керамической основе, что позволяет избежать появления пыли и повысит и ресурс работы. Магниты 8 могут быть выполнены в виде полос, изогнутых по цилиндрическим образующим (как представлено на фиг. 2), причем поперечное сечение может быть и круглым или прямоугольным. Для обеспечения работоспособности электродвигателя при оборотах 50000 в минуту ротор 3 предварительно монтируют и осуществляют его балансировку посредством сверловки его элементов или установки балансировочных грузиков (не показано), что позволяет избежать вибраций при работе и разрушений подшипниковых опор 4, а также обеспечит постоянство зазора между статором 1 и ротором 3. Предложенный высокооборотистый электродвигатель работает следующим образом. Ток в обмотках 2 статора 1 подается от сети переменного тока через последовательно соединенные между собой диодный мост, фильтр и тиристорный преобразователь, что позволяет создать вращающееся магнитное поле и регулировать угловую скорость (обороты) ротора 3 электродвигателя за счет взаимодействия магнитных полей статора 1 и магнитов 8 ротора 3, при этом смежные магниты 8 противоположно намагничены в роторе 3.

Формула изобретения

Высокооборотистый электродвигатель, содержащий вращающийся вокруг оси ротор и статор, установленный соосно с ротором, электронное устройство для создания вращающегося магнитного поля, подключенное к источнику тока, и вал отбора мощности, установленный в подшипниковых опорах корпуса статора, отличающийся тем, что ротор выполнен в виде предварительно смонтированного и сбалансированного узла, включающего втулку и равномерно расположенные по поперечному сечению по меньшей мере два постоянных магнита, центральные части торцов которых соединены посредством пластин с втулкой, последняя напрессована на вал отбора мощности, при этом смежные магниты противоположно намагничены и их продольный размер больше внутреннего радиуса статора, а электронное устройство выполнено в виде последовательно соединенных между собой диодного моста, фильтра и тиристорного преобразователя.

Когда речь заходит об электродвигателях , не существует линейной зависимости между мощностью, числом оборотов и потребляемого напряжения. Рассмотрим, в каких отраслях применяют и чем различаются высоковольтные электродвигатели, двигатели с высокими оборотами, а также двигатели с большой мощностью.

Разные виды высоковольтных электродвигателей

Высоковольтные электродвигатели – это синхронные и асинхронные двигатели с напряжением 3000, 6000, 6300, 6600 и 10000 В. В основном данные электродвигатели применяются в промышленности: металлургическая, горнодобывающая, станкостроительная, химическая отрасли. Такие электродвигатели применяются в установках, дымососах, мельницах, станах, грохотах, вентиляторах и т.д.

Трехфазные двигатели предназначены для работы от переменного тока с частотой 50 (60) Гц. Для обеспечения надежной работы используют обмотку статора типа "Монолит" или "Монолит-2" с классом нагревостойкости не ниже "В". Корпус электродвигателей усиленный, что, в свою очередь, понижает уровни звука и вибрации. Удельная материалоемкость и энергетические показатели находятся в оптимальном соотношении. Высоковольтные электродвигатели характеризуются также повышенной износостойкостью.

Предназначаются такие электродвигатели для привода:

• механизмов, не требующих регулирования частоты вращения – серии А4, А4 12 и 13, ДАЗО4, ДАЗО4-12, ДАЗО4-13, АОД, АОВМ, АОМ, ДАВ;
• механизмов с тяжелыми условиями пуска - серия 2АОД;
• вертикальных гидравлических насосов – серия ДВАН.

Высокооборотистые электродвигатели и их особенности

В отличие от высоковольтных электродвигателей, высокооборотные – это двигатели, количество оборотов которых равно 50 об/с или 3000 об/мин. Они имеют меньшую массу, габариты и даже стоимость, чем более тихоходные собратья одинаковой мощности.

Для применения двигателей с частой до 9000 об/мин необходимо использовать механизм с большим передаточным числом, в частности, волновой передаточный механизм. Он отличается простотой, высокой надежностью, точностью и компактностью.

Область применения высокооборотных двигателей очень широка. Сюда входят и электродвигатели для ручного гравера, и для сверла бормашины, и двигатели для автомобильной и авиационной промышленности.

Мощные электродвигатели

У обычных трехфазных электродвигателей номинальная мощность колеблется в диапазоне 120 Вт-315 кВт. Однако, как показывает практика, чем мощней электродвигатель, тем больше высота оси вала. Поэтому мощными принято считать электродвигатели больше 11 кВт. Области применения тоже довольно широкие. В частности, краново-металлургическая. Электродвигатели большой мощности также применяются в насосных агрегатах.

Высокоскоростные асинхронные электродвигатели серии CPLS

Электродвигатели CPLS производства компании специально разработаны для приложений, требующих широкого диапазонарегулирования скорости вращения и жесткими требованиями к массагабаритным параметрам.

Данные асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором хорошо приспособлены для работы в режиме ослабленного поля, обеспечивая максимально широкий диапазон скоростей, который только может позволить их механическая конструкция.

Технические характеристики:

ü Диапазон мощностей: 8,5 - 400 кВт;

ü Скорость вращения: 112 - 132 габарит до 8000 об/мин; 160 -200 габарит до 6000 об/мин;

ü Степень защиты: IP23, IP54;

ü Класс изоляции: F, H;

ü Тип охлаждения: IC06, IC17, IC37;

ü Дополнительные опции: датчики обратной связи, датчики температуры PTC, PTO, подшипники с пополняемой смазкой, тормоз, аксиальный принудительный вентилятор. По требованию могут быть изготовлены специальные валы и фланцы электродвигателей.

По функциональным возможностям эти машины можно сравнить как с электродвигателями постоянного тока, так и с бесколлекторными электродвигателями. Уменьшенный момент инерции ротора обеспечивает двигателям отличные динамические показатели.

Питаемые от частотных преобразователей приложения номинальный момент (Mn) в расчетной точке (n1) и сопоставить их с графиками.

рис.1 График зависимости номинального момента (Mn ) от скорости вращения (n1 )

для электродвигателей CPLS 112M, CPLS 112L, CPLS 132S, CPLS 132M, CPLS132L,

CPLS 160S, CPLS 160M, CPLS 160L, CPLS 200S, CPLS 200M, CPLS200L

Область применения: управление намоточным и размоточным оборудованием, металлургическая промышленность, упаковочная, полиграфическая промышленность, производство кабеля, экструзионное оборудование и т.п