Рис. 1. Схема размещения обмоток статора.
Прямой шаровой асинхронный двигатель с произвольной осью вращения.Двигатель состоит из сферического статора, в полости которого располагается шар-ротор.
Наглядно ротор можно представить в виде современного футбольного мяча, швы которого выполнены, например, из меди, а все остальное - альсифер.Обмотки статора соединяются по схеме "звезда" (соединение "квадратом" для такого двигателя непригодно, так как взаимная компенсация токов обмоток возможна только в тривиальных случаях, не обеспечивающих вращение). Вполне очевидно, что в отличие от стандартного трехфазного питания, четырехфазное питание не может быть реализовано только сдвигом фаз в обмотках.
Рассмотрим, например, самый простой случай обеспечения вращения вокруг вертикальной оси. Для этого нужно, чтобы суммарный вектор горизонтальных проекций векторов магнитной индукции обмоток был постоянен по величине и вращался с круговой частотой питающего напряжения, а суммарный вектор их вертикальных проекций, взаимодействуя с индукционными токами ротора, компенсировал вес ротора. Вполне очевидно, что даже в этом простейшем случае придется оперировать и фазами, и амплитудами питающих напряжений.Также очевидно, что решения аналогичных уравнений для других направлений осей вращения дадут еще более экзотические требования к системе питания. Еще несколько десятилетий тому назад эти требования были практически не выполнимы. Однако современное состояние техники управляющих систем не только делает подобные задачи решаемыми, но и, возможно, экономически оправданными.
Инвертированный шаровой асинхронный электродвигатель с произвольной осью вращения
Вполне понятно, что предложенная выше конструкция может быть инвертирована: неподвижный шаровой статор с обмотками может быть расположен внутри сферического ротора.
Статор представляет собой шар из ферромагнетика с высоким удельным сопротивлением, по внешней поверхности которого прорезаны меридиональные пазы, соединяющие вершины вписанного в сферу тетраэдра (см. рис.1). В эти пазы помещены четыре изолированные друг от друга обмотки (123, 234, 314 и 412) в форме треугольных граней тетраэдра, деформированных по внешней сферической поверхности статора. Статор укреплен на основании на несущем стержне минимально возможной по условиям прочности толщины. Через каналы в несущем стержне подведено питание обмоток статора.Ротор представляет собой толстостенную сферу из ферромагнетика, по внутренней поверхности которой помещен каркас из металла с высокой электропроводностью в форме икосаэдра, додекаэдра или иного вписываемого в сферу многогранника. Внутренняя полость ротора обработана таким образом, чтобы проводящий каркас выступал на поверхность, а между внешней поверхностью статора и внутренней поверхностью полости ротора был обеспечен минимальный зазор. Кроме того, в сфере ротора прорезано круговое окно с отступом от экватора сферы с таким расчетом, чтобы после сборки ротор не мог сниматься со статора, но в то же время был обеспечен максимально возможный угол наклона оси симметрии ротора (рис. 2).
Здесь следует отметить, что у инвертированного двигателя есть прототип - это земной шар (рис. 3). Мы привыкли к тому, что магнитные полюса немного не совпадают с географическими, учитываем этот факт в навигации, но и только. Между тем, реально мы имеем вращающееся магнитное поле, в котором расположена проводящая сфера - ионосфера - достаточно плотное образование, способное отражать короткие волны.
