СИНХРОННЫЙ РЕДУКТОРНЫЙ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЬ Российский патент 1995 года по МПК H02K19/06 

Изобретение относится к электрическим машинам малой мощности и может быть использовано для создания тихоходных синхронных электроприводов с улучшенными пусковыми и рабочими свойствами.

Известны синхронные редукторные электродвигатели [1] Двигатели состоят из зубчатого статора с обмоткой и безобмоточного зубчатого ротора, зубцовый шаг статора неравен зубцовому шагу ротора.

Недостатком таких двигателей является отсутствие однонаправленного пускового момента.

Известен также асинхронный редукторный электродвигатель [2] содержащий зубчатый статор с явновыраженными полюсами, на которых расположены многофазная обмотка питания и короткозамкнутая обмотка, и безомоточный зубчатый ротор. Зубцовый шаг статора равен зубцовому шагу ротора. Зубцовые гребенки полюсов статора для каждой фазы выполнены с соответствующим смещением относительно оси своей фазы. Данное техническое решение наиболее близко по технической сущности и достигаемому эффекту к заявляемому.

Недостатком известного двигателя является зависимость скорости вращения ротора от нагрузки.

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей известного двигателя путем его синхронизации при низкой скорости вращения постоянным магнитным потоком.

Цель достигается тем, что в синхронном редукторном электродвигателе, содержащем зубчатый статор с трехфазной обмоткой, соединенное в звезду, на статоре выполнены явновыраженные полюса, число которых кратно удвоенному произведению числа полюсов и числа фаз обмотки, и безобмоточный зубчатый ротор, зубцовый шаг статора равен зубцовому шагу ротора, зубцовые гребенки полюсов статора для второй и третьей фаз выполнены со смещением относительно осей своих полюсов на 1/3 зубцового деления во взаимно противоположных направлениях, каждая фаза обмотки выполнена из двух параллельных ветвей, в которые включены секции полюсов обмотки и диоды, имеющие в смежных параллельных ветвях одной фазы встречное направление, на полюсах статора выполнена дополнительная волновая короткозамкнутая обмотка, шаг каждой секции обмотки питания выполнен равным половине полюсного деления обмотки, каждый полюс каждой фазы обмотки образован двумя соседними секциями, при этом каждые две секции каждого полюса одной полярности каждой фазы включены поровну в смежные параллельные ветви последовательно и встречно с диаметрально противоположными секциями полюсов противоположной полярности.

В заявляемой конструкции за счет выполнения обмотки каждого полюса из двух секций, шаг которых равен половине полюсного деления, и включения их в разные параллельные ветви последовательно со встречнонаправленными диодами по специальной схеме создается вращающаяся и постоянная намагничивающая сила. Постоянная намагничивающая сила воздействуя на магнитную проводимость зубцового слоя, возбуждает зубцовый магнитный роток ротора, который взаимодействует с вращающимся магнитным полем и синхронизирует ротор с низкой скоростью вращения.

Наличие на статоре короткозамкнутой обмотки обеспечивает хорошие пусковые характеристики двигателя.

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявляемый электродвигатель соответствует критерию "новизна".

Сравнение заявляемого решения не только с прототипом, но и с другими техническими решениями в данной области техники не позволило выявить в них признаки, отличающие заявляемое решение от прототипа, что позволяет сделать вывод о соответствии критерию "существенные отличия".

На фиг. 1 показан электродвигатель, поперечное сечение; на фиг.2 схема соединений секций полюсов и диодов в параллельных ветвях одной фазы.

Изобретение иллюстрируется следующим примером трехфазного двигателя.

На зубчатом статоре 1, показанном на фиг.1, имеются явновыраженные полюса 2-13, число которых при двухполюсной обмотке, 2р 2, равно:
Z_o 4pmк 4 ˙1 ˙3 ˙1 12, где к коэффициент кратности, к 1;
р число пар полюсов, р 1;
m число фаз обмотки, m 3.

Внутри статора 1 расположен безобмоточный зубчатый ротор 14. Зубцовый шаг статора равен зубцовому шагу ротора.

Зубцовые гребенки полюсов статора для каждой фазы выполнены с соответствующим смещением относительно оси полюсов. Например, зубцовые гребенки 15, 16 и 17, 18 полюсов первой фазы соответственно 2, 3 и 8, 9 не имеют смещения относительно оси своих полюсов. Зубцовые гребенки 19, 20 и 21, 22 полюсов 6, 7 и 12, 13 второй фазы, а также зубцовые гребенки 23, 24 и 25, 26 полюсов 10, 11 и 4, 5 третьей фазы смещены относительно осей своих полюсов на 1/3 зубцового деления во взаимно противоположных направлениях.

На полюсах 2-13 статора расположены секции 27-38 обмоток фаз. Например, для первой фазы на полюсах статора 12, 13, 2 и 3-5, а также 6-8 и 9-11 расположены секции 27, 28 и 29, 30 соответственно. Каждый полюс каждой фазы обмотки образован двумя соседними секциями, каждая из которых имеет шаг, равный половине полюсного деления обмотки. Например, один из полюсов первой фазы обмотки образован секциями 27, 28, расположенными на полюсах статора 12, 13, 2 и 4-6.

На этих же полюсах 2-13 статора расположена однофазная волновая короткозамкнутая обмотка 39, выполненная из алюминия методом литья под давлением.

Секции 27-38 соединены в каждой фазе в две параллельные ветви, одна из которых показана на фиг.2. Секции 27, 28 одного полюса обмотки первой фазы включены в разные параллельные ветви последовательно и встречно с диаметрально противоположными секциями 29 и 30 соответственно другого полюса обмотки и последовательно с диодами 40 и 41, имеющими встречное направление.

Принцип работы синхронного редукторного электродвигателя состоит в следующем.

Из-за наличия диодов в параллельных ветвях обмоток фаз протекают выпрямленные токи. Переменные составляющие этих токов в каждой из фаз обмотки имеют одинаковые знаки и смещены во времени в фазах обмотки на 1/3 периода.

Постоянные составляющие выпрямленных токов в разных параллельных ветвях каждой фазы имеют встречное направление.

Постоянные и переменные составляющие выпрямленных токов образуют в каждой фазе обмотки намагничивающие силы прямоугольной формы, как показано на фиг.3.

Намагничивающие силы фаз обмотки, складываясь, образуют вращающуюся намагничивающую силу и постоянную намагничивающую силу обмотки, которые имеют одинаковую полюсность.

Вращающаяся намагничивающая сила, воздействуя на магнитную проводимость зубчатого воздушного зазора, возбуждает в зазоре магнитные поля прямого, обратного и нулевого следования.

Аналогично постоянная намагничивающая сила возбуждает в зазоре постоянное поле и переменное зубцовое поле. Зубцовое поле изменяется во времени с частотой, равной Z₂ ω₂, где Z₂ число зубцов;
ω₂ частота вращения роторов.

Зубцовое поле от постоянной намагничивающей силы взаимодействует с вращающимся полем прямого следования от переменной намагничивающей силы и синхронизирует ротор при низкой скорости вращения, равной
ω₂=ω/Z₂.

Зубцовое поле ротора от вращающейся намагничивающей силы, имеющее нулевое следование, сцепляется с волновой короткозамкнутой обмоткой 39 статора и индуктирует в ней токи. Взаимодействие этих токов с вращающимся полем прямого следования создает асинхронный момент, который улучшает пусковые характеристики двигателя.

За счет синхронного вращения ротора предлагаемый двигатель имеет расширенные функциональные возможности по сравнению с прототипом.

Использование: тихоходные синхронные двигатели с электромагнитной редукцией. Сущность изобретения: синхронный редукторный электродвигатель содержит зубчатый статор с трехфазной обмоткой, соединенной в звезду, на статоре выполнены явновыраженные полюса, число которых кратно удвоенному произведению числа полюсов и числа фаз обмотки, и безобмоточных зубчатый ротор, зубцовый шаг статора равен зубцовому шагу ротора, зубцовые гребенки полюсов статора для второй и третьей фаз выполнены со смещением относительно осей своих полюсов на 1/3 зубцового деления во взаимно противоположных направлениях, каждая фаза обмотки выполнена из двух параллельных ветвей, в которые включены секции полюсов обмотки и диоды, имеющие в смежных паралелльных ветвях одной фазы встречное направление, на полюсах статора выполнена дополнительная волновая короткозамкнутая обмотка. Шаг каждой секции обмотки питания выполнен равным половине полюсного деления обмотки, каждый полюс каждой фазы обмотки образован двумя соседними секциями, при этом каждые две секции каждого полюса одной полярности каждой фазы включен поровну в смежные параллельные ветви последовательно и встречно с диаметрально противоположными секциями полюсов противоположными секциями полюсов противоположной полярности. 3 ил.

СИНХРОННЫЙ РЕДУКТОРНЫЙ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЬ, содержащий зубчатый статор с трехфазной обмоткой, соединенной в звезду, на статоре выполнены явновыраженные полюса, число которых кратно удвоенному произведению числа полюсов и числа фаз обмотки, и безобмоточный зубчатый ротор, зубцовый шаг статора равен зубцовому шагу ротора, отличающийся тем, что зубцовые гребенки полюсов статора для второй и третьей фаз выполнены со смещением относительно осей своих полюсов на 1/3 зубцового деления во взаимно противоположных направлениях, каждая фаза обмотки выполнена из двух параллельных ветвей, в которые включены секции полюсов обмотки и диоды, имеющие в смежных параллельных ветвях одной фазы встречное направление, на полюсах статора выполнена дополнительная волновая коротко-замкнутая обмотка, шаг каждой секции обмотки питания выполнен равным половине полюсного деления обмотки, каждый полюс каждой фазы обмотки образован двумя соседними секциями, при этом каждые две секции каждого полюса одной полярности каждой фазы включены поровну в смежные параллельные ветви последовательно и встречно с диаметрально противоположными секциями полюсов противоположной полярности.