Гироскопический двигатель (гиродвигатель) является основным элементом гироскопических приборов. Такие приборы применяют в навигационных, регулирующих и стабилизирующих устройствах, получивших широкое распространение в авиации, космонавтике, судовождении и т.д.
Основной элемент гироскопического прибора — гироскоп, который состоит из быстро вращающегося динамически симметричного твердого тела (ротора) и подвеса, обеспечивающего две или три степени свободы. На рис. 1 изображен гироскоп с тремя степенями свободы: ротор 1 установлен на карданном подвесе и может вращаться относительно трех осей: основной оси вращения ротора АВ, оси DE при повороте внутренней рамки 2, относительно рамки 3. Последняя, в свою очередь, может поворачиваться вокруг оси GA" относительно основания гироскопа 4. Будучи приведенным в быстрое вращение, ротор 1 стремится сохранять неизменным в пространстве положение своей оси вращения АВ. Чем больше частота вращения ротора и больше его момент инерции, тем устойчивей положение оси вращения ротора.
Рис. 1. Гироскоп в кардановом подвесе
Большая частота вращения ротора гиродвигателя обеспечивается его питанием от источника переменного тока повышенной частоты (от 400 до 2000 Гц)- Что же касается значительного момента инерции ротора, то он создается благодаря обращенной конструкции гиродвигателя, при которой ротор является внешним элементом двигателя. В этом случае наружный диаметр ротора не ограничивается размерами статора, как это имеет место при традиционной конструкции двигателя.
Асинхронный гиродвигатель с внешним ротором (рис. 2) имеет статор 4 с трехфазной обмоткой 6, маховик 7, во внутрь которого запрессован сердечник ротора 5 с короткозамкнутой обмоткой 8. Маховик жестко насажен на вал 10, вращающийся в радиально-упорных шарикоподшипниках 2. Статор крепится на выступе подшипникового щита 1, который винтами 3 прикреплен к защитному кожуху 11, имеющему вентиляционные отверстия 9.
Рис. 2. Асинхронный одностаторный гиродвигатель:
1 — подшипниковый щит; 2— подшипники; 3 — винт; 4 — сердечник статора; J — сердечник ротора; 6— обмотка статора; 7— маховик; 8— короткозамкнутая обмотка ротора; 9— вентиляционное отверстие; 10 — вал; — защитным кожух
Недостаток рассмотренной конструкции гиродвигателя, называемого одностаторным, является его несимметричность, обусловленная несовпадением места крепления маховика к валу с центром его тяжести. При изменении температуры нагрева отдельных элементов это может вызвать вибрацию маховика и нестабильную работу гиродвигателя, поэтому для гироскопов высокой точности применяют двухстаторные асинхронные гиродвигатели с симметричным ротором (рис. 3).
Для уменьшения трения гиродвигатель обычно помещают в герметичную оболочку, заполненную гелием или водородом.
Несмотря на то, что в асинхронных гиродвигателях применяют ротор с глубокими пазами, обеспечивающий повышенное значение пускового момента, процесс пуска остается наиболее тяжелым периодом. Поэтому время разбега ротора асинхронных гиродвигателей сравнительно велико
С целью сокращения времени пуска в некоторых гироскопах иногда применяют синхронные гистерезисные гиродвигатели, отличающиеся хорошими пусковыми свойствами и легкостью вхождения в синхронизм. Применение синхронных двигателей с постоянными магнитами в качестве гиродвигателей не оправдано из-за трудности вхождения этих двигателей в синхронизм при высокой частоте вращения.
Рис. 3. Асинхронный двухстаторный гиродвигатель:
1 — корпус; 2 — маховик; 3 — подшипниковый щит; 4 — шарикоподшипник; 5 — гайка; 6 — фланец; 7— шайба; 8 — статор; 9 — сердечник ротора; 10 — герметичный кожух
Гиродвигатели постоянного тока, хотя и имеют меньшее время разгона, но применение их ограниченно из-за наличия щеточно-коллекторного узла, работа которого при весьма больших частотах вращения сопровождается искрением. Кроме того, эти двигатели создают радиопомехи и являются источником пожаро- и взрывоопасности.
