ИНДУКТОРНАЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ МАШИНА Российский патент 1994 года по МПК H02K19/06 H02K19/24 

Изобретение относится к электрическим машинам, а именно к индукторным электрическим машинам с зубчатым статором и зубчатым ротором.

Известны индукторные электрические машины, работающие на принципе электромагнитной редукции и содержащие статор с явновыраженными полюсами, на которых выполнены радиальные зубцы, зубчатый ротор. На статоре установлена обмотка возбуждения, охватывающая каждый полюсный наконечник статора, формируя магнитный поток противоположного знака в соседнем полюсном наконечнике, и многофазная обмотка переменного тока.

Наиболее близкая к предлагаемому индукторная электрическая машина, состоящая из статора с явновыраженными полюсами, каждый из которых имеет катушку возбуждения и радиальные зубцы, и ротора с радиальными зубцами. Катушки полюсов включены последовательно с диодами так, что в катушках, расположенных на соседних полюсах, электрические токи проходят в противоположных направлениях, образуя чередующуюся полярность полюсов вдоль всей расточки статора.

Катушки, расположенные относительно друг друга на полюсах диаметрально и включенные последовательно с одним диодом, образуют фазу.

Общим для аналога и прототипа является сравнительно низкий коэффициент мощности и соответственно большой ток, потребляемый из сети из-за большой индуктивной его составляющей. При этом ток, потребляемый из сети, в машинах данного класса мало меняется от режима холостого хода до нагрузки. Объяснение приведенным фактам лежит в принципе действия этих машин и определяется их работой в режиме недовозбуждения, когда напряжение сети значительно больше ЭДС от поля возбуждения. Явнополюсный с числом полюсов Z_o зубчатый статор имеет многофазную катушечную обмотку, каждая катушка которой размещена на одном полюсе статора, к преобразователю подключена обмотка статора, статор и ротор выполнены с четным и не равным друг другу числами зубцов и каждая фаза обмотки выполнена из Р встречно включенных катушек, размещенных со сдвигом на двойное полюсное деление 2 τ, где
2 τ = Z_o/P, Р - число четное.

Предложенная схема включения обмотки полюсов обеспечивает отличное от аналогов распределение поля в воздушном зазоре и как следствие увеличение ЭДС от поля возбуждения, определяемого постоянным током катушек, что в свою очередь приводит к увеличению коэффициента мощности потребляемой из сети и к снижению тока потребляемого из сети.

На фиг. 1 изображена конструктивная схема двигателя; на фиг. 2 - схема включения катушек полюсов для двухфазной электрической машины; на фиг. 3 - схема включения катушек полюсов для трехфазной электрической машины; на фиг. 4 - рабочие характеристики, обеспечиваемые предлагаемым двигателем.

Изобретение иллюстрируется следующим примером.

Индукторная электрическая машина содержит статор 1 с явновыраженными полюсами 2 (фиг. 1). В общем случае на внутренней поверхности полюсов 2 выполнены радиальные зубцы (на фиг. 1 не изображены). Ротор 3 выполнен зубчатым безобмоточным. На полюсах 2 расположены катушки 4, объединенные в однофазную - двухфазную обмотку (фиг. 2) и однофазно-трехфазную обмотку (фиг. 3), подключенную к источнику 5 питания. Обмотка, выполненная в виде размещенных на полюсах 2 катушек 4 с полюсами 2, разделена на Р = 2 модулей 6 и 7 (фиг. 1). При этом каждый модуль содеpжит m катушек:
при m = 4 по 4 катушки в каждом модуле, где A₁B₁X₁Y₁ - катушки полюсов первого модуля и A₂B₂X₂Y₂ - катушки полюсов второго модуля (фиг. 2);
при m = 6 по 6 катушек в каждом модуле, где A₁Z₁B₁X₁C₁Y₁ катушки полюсов первого модуля и A₂Z₂B₂X₂С₂Y₂ - катушки полюсов второго модуля (фиг. 3).

В пределах каждого модуля полярность соседних полюсов различна, что обеспечивается соединением начал и концов катушек 4 полюсов 2 между собой (фиг. 2 и 3) и с источником питания 5. На фиг. 2 источник 5 питания обеспечивает протекание по катушкам 4 обмотки одновременно постоянного (постоянной составляющей) i_- и переменного тока (переменной составляющей) i_≈.

В пределах каждого модуля катушки чередуются вдоль расточки статора по закону для m = 4 (фиг. 2)
A₁B₁X₁Y₁ · A₂B₂X₂Y₂, для m = 6 (фиг. 3)
A₁Z₁B₁X₁C₁Y₁ · A₂Z₂B₂X₂С₂Y₂.

Одноименные катушки 4 модулей 6, 7 электрически объединены (указано последовательное соединение) в группы
A₁ c A₂; X₁ c X₂; B₁ c B₂; Y₁сY₂ для m = 4 (фиг. 2) и для m = 6, кроме того C₁ c C₂ и Z₁ c Z₂ (фиг. 3), образуя m-фазную Р = 2 полюсную по переменному току обмотку. Так, при m = 4 имеем параллельно включенные группы катушек А₁А₂ с Х₁Х₂ и В₁В₂ с Y₁Y₂, а при m = 6, кроме того, С₁С₂ с Z₁Z₂.

Катушка 4 полюса, являющаяся началом модуля 7 - А₂, на постоянном токе включена по отношению к первой катушке полюса 4 предыдущего модуля 6 - А₁ встречно, обеспечивая чередование полярности полюсов по закону для m = 4 (фиг. 1, 2):
N(A₁)SNS · S(A₂)NSN, для m = 6 (фиг. 3)
N(A₁)SNSNS · S(A₂)NSNSN.

Источник 5 питания может быть выполнен на диодах 8, подключенных к сети переменного тока.

Индукторная электрическая машина работает следующим образом. Источник 5 питания (фиг. 2,3) обеспечивает протекание в полуфазах однополярного тока i при помощи коммутирующих электронных устройств, например диодов, подключенных к сети переменного тока.

Однополярный ток i содержит постоянную составляющую, протекающую по катушкам 4 полюсов 2, образуя поле возбуждения индукторной машины. При этом число полюсов 2 возбуждения в пределах каждого модуля 6, 7 равно m, т. е. четырем при m = 4 (фиг. 1, 2) и шести при m = 6 (фиг. 3). Схема соединения катушек 4 в пределах каждого модуля обеспечивает чередование полярности полюсов 2. Однако в предлагаемом устройстве каждый модуль 6 и 7 имеет свой закон чередования полярности полюсов, а именно такой, что начальные катушки полюсов каждого модуля имеют полярность:
у первого модуля полюс А₁ северный,
у второго модуля полюс А₂ южный.

В результате смежные полюса A₁Y₂ - северные и Y₁А₂ южные, т. е. одинаковой полярности.

Такая полярность полюсов 2 приводит к увеличению внутренней ЭДС, индуктируемой в катушках 4 относительно начал и концов фаз (фиг. 2) и как следствие к снижению реактивной составляющей тока, потребляемого из сети (фиг. 4). На фиг. 4 приведены величины потребляемых токов I_1нов и I_1ст и коэффициентов мощности cos ϕ_1н и cos ϕ_1ст в зависимости от мощности на выходе двигателя. Индекс "нов" присвоен величинам, обеспечиваемым индукторной электрической машиной по предлагаемой схеме включения катушки 4 полюсов 2, а индекс "ст" для случая, когда закон чередования полярности полюсов всех модулей одинаков.

Благодаря снижению потребляемой реактивной мощности представляется возможность повысить использование активного объема электрической машины, снижая расход активных материалов при сохранении потребляемой полезной мощности. (56) Патент США N 4075521, кл. H 02 K 3/00, опублик. 1976.

Заявка Франции N 2272519, кл. H 02 K 19/24, опублик. 1974.

Использование: индукторные m-фазные электрические машины с зубчатым статором и зубчатым ротором. Сущность изобретения: катушки, размещенные на явновыраженных полюсах статора с числом полюсов Z₀, разделены на p модулей, каждый из которых содержит Z₀/m катушек, а схема соединения катушек обеспечивает определенное чередование их полярности. 4 ил.

ИНДУКТОРНАЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ МАШИНА, содержащая явнополюсный с числом полюсов Z₀ зубчатый статор с многофазной катушечной обмоткой, каждая катушка которой размещена на одном полюсе статора, безобмоточный ферромагнитный зубчатый ротор и преобразователь, к которому подключена обмотка статора, отличающаяся тем, что статор и ротор выполнены с четными и не равными друг другу числами зубцов и каждая фаза обмотки выполнена из p встречно включенных катушек, размещенных со сдвигом на двойное полюсное деление 2τ,
где 2τ= = Z₀/p,
p - число четное.