ОДНОФАЗНЫЙ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЬ Российский патент 1995 года по МПК H02K17/08 

Изобретение относится к электротехнике, в частности к электромашиностроению, и может быть использовано при производстве электрических машин, в частности при изготовлении асинхронных и синхронных двигателей, предназначенных для питания от однофазной сети.

Известны двигатели малой мощности с явнополюсным статором и сосредоточенными обмотками на нем, например двигатели серии ДКВ (см. Справочник по электрическим машинам /Под ред. Копылова И.П. - М.: Энергоатомиздат, 1989, т. 2 с.649). Двигатели отличаются простотой конструкции и технологичностью изготовления обмоток.

Основным недостатком этих двигателей является плохое использование магнитной системы. Эти двигатели имеют две фазы, расположенные на отдельных полюсах, причем на каждом полюсном делении машины размещаются два явновыраженных полюса (по одному на каждую фазу), поэтому число конструктивных явновыраженных полюсов вдвое больше числа полюсов магнитного поля. При этом ширина полюсной дуги каждого полюса будет меньше половины полюсного деления. Поэтому явнополюсные двигатели выпускаются на мощности, обычно не превышающие 25 Вт.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является двигатель с двумя системами явновыраженных полюсов, сдвинутых в тангенциальном направлении на половину полюсного деления, причем одна система полюсов имеет осевую шихтовку, а другая - радиальную (авт. св. СССР N 593284, кл. Н 02 К 17/04, 1964).

Недостаток такого двигателя заключается в том, что поле каждой системы действует на ротор только в той части поверхности, где расположены ее полюса, т.е. использование машины тоже является неполным, что приводит к повышению расхода активных материалов. Кроме того, сдвиг во времени потоков двух систем невелик, следствием чего является малый пусковой момент.

Целью изобретения является уменьшение расхода активных материалов электродвигателя путем улучшения использования магнитной системы и уменьшения отходов электротехнической стали при изготовлении двигателя.

Цель достигается тем, что однофазный электродвигатель, содержащий ротор и статор с ярмом и двумя системами явновыраженных шихтованных полюсов с обмотками, смещенными одна относительно другой на половину полюсного деления, снабжен конденсатором. Ярмо выполнено в виде двух аксиально смещенных одна относительно другой частей, каждая из которых представляет собой кольцевой магнитопровод, навитый плашмя из ленты электрической стали, и примыкает к торцам полюсов одной из систем, полюса обоих систем выполнены с радиальной шихтовкой, листы полюсов имеют форму неравнобокой трапеции, верхняя часть большого основания которoй прилегает к соответствующему ярму, боковая сторона трапеции, обращенная к ротору, перпендикулярна к ее основаниям, а другая сторона выполнена скошенной, причем радиальный размер полюсов каждой системы уменьшается в аксиальном направлении от внешнего диаметра ярма, к которому данный полюс прилегает, к внутреннему диаметру другого ярма, полюса различных систем со стороны ротора соединен полюсными наконечниками, а по оси каждого полюса и в прилегающих к нему ярме статора и полюсном наконечнике выполнен сквозной радиальный паз, при этом обмотки, размещенные на полюсах одой системы, образуют основную фазу, а на полюсах другой системы - вспомогательную фазу, в цепь которой включен конденсатор.

На фиг. 1 показана активная часть предлагаемого электродвигателя, поперечный разрез; на фиг.2 - то же, продольный разрез (представлена половина двигателя).

Для примера выбран электродвигатель с четырехполюсным магнитным полем. Обмотка статора имеет две фазы - основную и вспомогательную, одна из которых подключается к однофазной сети прямо, а другая - через конденсатор. Сосредоточенные катушки фаз обмотки статора расположены на двух системах явновыраженных шихтованных полюсов 1-5, полюса разных фаз смещены на половину полюсного деления и чередуются по окружности (полюса 1, 3 и 5 принадлежат одной фазе, 2 и 4 - другой). Листы полюсов имеют форму неравнобокой трапеции. Высота каждого полюса меняется так, чтобы его потоки замыкались только через свое ярмо: к нечетным полюсам 1-5 одной фазы прилегает ярмо 7, к четным полюсам 2 и 4 другой фазы - ярмо 6, и их высота нарастает в другую сторону, к своему ярму. Для обеспечения беспрепятственного перехода потоков из полюсов одной полярности в ярма и из ярм - в полюса другой полярности силовые линии магнитного поля в полюсах должны проходить не только при расположении плоскостей листов полюсов параллельно радиально-осевой плоскости машины, и при выполнении кольцевых магнитопроводов, образующих части ярма, навитыми плашмя из ленты электротехнической стали. По оси полюсов и примыкающих к ним частей ярма выполнены сквозные радиальные пазы, разделяющие каждый полюс на две половины, а каждую часть ярма - на четыре участка. Со стороны ротора соседние половины двух рядом расположенных полюсов соединяются полюсными наконечниками 8-11, разделенными радиальными зазорами, продолжающими радиальные пазы по осям полюсов. Каждый полюсный наконечник является общим для двух соседних полюсов. Так, наконечник 8 будет общим для полюсов 1 и 2, наконечник 9 - для полюсов 2 и 3, наконечник 10 - для полюсов 3 и 4 и т.д. Полюсная дуга каждого полюса образуется из двух наконечников, полюсу 2 принадлежат наконечники 8 и 9, полюсу 3 - наконечники 9 и 10 и т. д. В результате поле каждого полюса распространяется на все полюсное деление и достигается полное использование магнитной системы. Таким образом, в наконечниках, зазоре между статором и ротором и в самом роторе образуется общее поле основной и вспомогательной фаз обмотки статора, а в полюсах и ярмах поля фаз обмотки статора существуют независимо одно от другого и не смешиваются.

Полюсные наконечники выполняются шихтованными или прессуются из ферромагнитного порошка. Они также могут навиваться из ленты на ребро (с последующим разделением на отдельные участки). Конфигурацией поперечного сечения полюсных наконечников может регулироваться характер распределения магнитного поля в зазоре двигателя.

Благодаря выполнению по оси каждого полюса сквозных радиальных пазов силовые линии поля каждой упомянутой фазы заходят в ротор, а не шунтируются полюсными наконечниками или ярмом чужой фазы.

При изготовлении статора предлагаемой конструкции практически отсутствуют отходы электротехнической стали, неизбежные при штамповке листов статора традиционной конструкции.

Предлагаемый двигатель работает следующим образом.

При включении основной и конденсаторной фаз в однофазную сеть (если, например, катушки основной фазы расположены на нечетных полюсах 1, 3, 5, то конденсаторной - на четных полюсах 2, 4) они создают два пульсирующих, сдвинутых во времени и в пространстве магнитных поля. Силовые линии поля одной фазы (на фиг.1 и 2) замыкаются через часть ярма 7, нечетные полюса, полюсные наконечники 8-11 и ротор 12. Магнитное поле другой вспомогательной фазы, замыкающееся через часть ярма 6 и четные полюса (его силовые линии не показаны на фиг. 1 и 2), сдвинуто по окружности относительно поля первой фазы на четверть периода (в примере на одну восьмую часть окружности). Суммарное поле статора, действующее на ротор, будет вращающимся и оно, наводя в роторной короткозамкнутой обмотке соответствующие токи, увлекает ротор 12 в сторону своего вращения (обмотка ротора не показана).

Предлагаемая конструкция статора может использоваться и в синхронных двигателях малой мощности, например в двигателях с постоянными магнитами с пусковой короткозамкнутой обмоткой.

Предлагаемая конструкция обеспечивает максимальное использование активного объема машины несмотря на явнополюсное выполнение статора. В то же время за счет заметного уменьшения средней длины витка по сравнению с серийными двигателями, имеющими распределенные по пазам обмотки статора, достигается существенная экономия меди (25-50%), резко снижается трудоемкость изготовления обмотки статора, упрощается технологическое оборудование, повышается надежность двигателя, так как катушки сосредоточенной обмотки могут наматываться и изолироваться отдельно. Кроме того, магнитная система статора изготавливается по безотходной технологии, что приводит к уменьшению расхода электротехнической стали.

Использование: изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в производстве электрических машин, в частности при изготовлении асинхронных и синхронных двигателей, предназначенных для питания от однофазной сети. Сущность изобретения: сосредоточенные катушки основной и вспомогательной фаз обмотки статора расположены на двух системах явновыраженных шихтованных полюсов 1 - 5, полюса разных систем смещены на половину полюсного деления и чередуются по окружности. Полюса 1, 3 и 5, принадлежат одной фазе, а полюса 2 и 4 - другой. Пластины полюсов статора имеют форму неравнобокой трапеции. Высота полюса меняется в аксиальном направлении. Радиальный размер полюсов каждой системы уменьшается в аксиальном направлении от внешнего диаметра ярма, к которому примыкает данный полюс, к внутреннему диаметру другого ярма. К нечетным полюсам 1 - 5 одной фазы прилегает часть ярма 7, к четным полюсам 2 и 4 другой фазы - часть ярма 6. Части ярма навиты из ленты электротехнической стены плашмя. По оси полюсов и примыкающих к ним ярмам выполнены сквозные радиальные пазы, разделяющие каждый полюс на две половины, а каждое ярмо - на четыре участка. Со стороны ротора соседние половины двух рядом расположенных полюсов соединены полюсными наконечниками 8 - 11, выполненными также с радиальными пазами, являющимися продолжением пазов по осям полюсов. Каждый полюсный наконечник является общим для двух соседних полюсов. Полюсная дуга каждого полюса образуется из двух наконечников. Так, например, полюсу 2 принадлежат наконечники 8 и 9, а полюсу 3 - наконечники 9 и 10. Изобретение позволяет уменьшить расход активных материалов путем улучшения использования магнитной системы электротехники и обеспечивает экономию электротехнической стали. 2 ил.

ОДНОФАЗНЫЙ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЬ, содержащий ротор и статор с ярмом и двумя системами явно выраженных шихтованных полюсов с обмотками, смещенными одна относительно другой на половину полюсного деления, и полюсные наконечники, отличающийся тем, что он снабжен конденсатором, ярмо выполнено в виде двух аксиально смещенных одна относительно другой частей, каждая из которых представляет собой кольцевой магнитопровод, навитый плашмя из ленты электротехнической стали, и примыкает к торцам полюсов одной из систем, полюса обеих систем выполнены с радиальной шихтовкой, листы полюсов имеют форму неравнобокой трапеции, верхняя часть большего основания которой прилегает к соответствующему ярму, боковая сторона трапеции, обращенная к ротору, перпендикулярна ее основаниям, а другая боковая сторона выполнена наклонной, причем радиальный размер полюсов каждой системы уменьшается в аксиальном направлении от внешнего диаметра ярма, к которому данный полюс прилегает, к внутреннему диаметру другого ярма, полюса различных систем со стороны ротора соединены полюсными наконечниками, а по оси каждого полюса и в прилегающих к нему ярме статора и полюсном наконечнике выполнен сквозной радиальный паз, при этом обмотки, размещенные на полюсах одной системы, образуют основную фазу, а на полюсах другой системы - вспомогательную фазу, в цепь которой включен конденсатор.