СТАТОР ОДНОФАЗНОГО АСИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ Российский патент 1995 года по МПК H02K17/10 

Изобретение относится к электротехнике, а именно к однофазным асинхронным двигателям.

Известен статор однофазного асинхронного двигателя, содержащий ферромагнитный сердечник, шихтованный из отдельных пластин, изолированных друг от друга слоем лака, рабочую и пусковую обмотки, размещенные в пазах ферромагнитного сердечника, и фазосдвигающий элемент, включенный в цепь пусковой обмотки (1).

Недостатки такого статора заключаются в сложности конструкции, больших весогабаритных показателях, повышенном расходе активных материалов и высокой стоимости. Причиной первого недостатка является размещение в пазах магнитопровода двух обмоток и включение в цепь пусковой обмотки фазосдвигающего элемента. Второй и третий недостатки связаны с большими отходами стали при изготовлении магнитопровода и увеличенным расходом меди, обусловленным использованием пусковой обмотки. Существенным недостатком данного статора является также малая поверхность охлаждения, что затрудняет отвод тепла от обмоток и магнитопровода и приводит к необходимости снижения допустимых электромагнитных нагрузок двигателя.

Известен также статор однофазного асинхронного двигателя, содержащий магнитопровод с явновыраженными полюсами, шихтованный из отдельных пластин, обмотку, размещенную на полюсах, и короткозамкнутые витки из меди, охватывающие часть каждого полюса магнитопровода (2).

Данный статор является наиболее близким к предлагаемому по своей технической сущности и достигаемому положительному эффекту.

Однако и данный статор характеризуется сложностью конструкции, имеет высокую стоимость и малую поверхность охлаждения. Первый недостаток объясняется использованием в конструкции медных короткозамкнутых витков и необходимостью их крепления на полюсах магнитопровода. Причиной второго недостатка являются большие отходы стали при изготовлении магнитопровода и дополнительный расход меди при выполнении короткозамкнутых витков. Третий недостаток обусловлен тем, что пластины магнитопровода установлены вплотную друг к другу и поэтому отвод тепла происходит только с наружной поверхности магнитопровода и его торцовых поверхностей. Малая поверхность охлаждения приводит к необходимости снижения допустимых электромагнитных нагрузок, что ухудшает рабочие характеристики двигателя.

Целью изобретения является упрощение конструкции и уменьшение стоимости.

Для достижения поставленной цели в известном статоре однофазного асинхронного двигателя, содержащем магнитопровод с явновыраженными полюсами, шихтованный из отдельных пластин, и обмотку, размещенную на полюсах, на одной части от оси симметрии каждая пластина магнитопровода имеет утолщение, а на другой части от оси симметрии пластины установлены с воздушным зазором, равным утолщению, причем в местах утолщений пластины жестко связаны.

Кроме того, на части каждой из пластин с утолщением со стороны, противоположной утолщению, выполнены выемки по форме, совпадающей с формой утолщения, имеющие глубину, меньше высоты утолщений.

Выполнение на одной части от оси симметрии каждой пластины утолщений и жесткое соединение пластин в местах их расположения обуславливает создание на части полюсов магнитопровода статора зон с изотропной электрической проводимостью, возникновение в этих зонах при подключении обмотки статора индукционных электрических токов, что приводит к временному сдвигу по фазе магнитных потоков частей полюсов, созданию в рабочем зазоpе эллиптического магнитного поля, а на валу ротора однофазного асинхронного двигателя пускового электромагнитного момента.

Наличие воздушных зазоров между пластинами на другой части от оси их симметрии приводит к резкому увеличению поверхности охлаждения магнитопровода, что улучшает отвод тепла и позволяет увеличить удельные электромагнитные нагрузки, способствующие росту электромагнитной мощности и момента, снимаемых с единицы активной поверхности.

Выполнение на части каждой из пластин с утолщениями со стороны, противоположной утолщениям, выемок, совпадающих по форме с формой утолщения и имеющих глубину, меньше высоты утолщений, позволяет упростить процесс сборки магнитопровода и за счет его автоматизации снизить трудоемкость производства однофазных асинхронных двигателей.

Описанный выше технический эффект проявляется в однофазном асинхронном двигателе с предлагаемой конструкцией статора и не проявляется в известных технических решениях.

Поиск аналогичных и эквивалентных технических решений не обнаружил в основном и смежных классах технических решений, направленных на решение поставленной задачи предложенными путями. Это означает, что данное техническое решение соответствует критерию "существенные отличия".

На фиг. 1 изображен статор однофазного асинхронного двигателя; на фиг. 2 то же, разрез по оси симметрии; на фиг. 3 одна из пластин магнитопровода статора; на фиг. 4 вид на полюс статора со стороны рабочего зазора при наличии на пластинах утолщений и выемок.

Статор однофазного асинхронного двигателя состоит из магнитопровода 1 с явновыраженными полюсами и обмотки 2 однофазного переменного тока, размещенной на полюсах. Магнитопровод 1 образован рядом пластин 3, одна из которых показана на фиг. 3. Толщина пластин 3 определяется частотой их перемагничивания. Так, при промышленной частоте 50 Гц толщина пластин 3 составляет 1,5-2,5 мм. С ростом частоты перемагничивания толщина пластин 3 уменьшается, а при уменьшении частоты возрастает. Пластины 3 могут быть получены посредством прессования смеси порошка железа с порошком кремния, литьем в формы или путем горячей штамповки. На одной части от оси симметрии каждой пластины 3 выполнены утолщения 4, высота которых составляет 0,5-0,7 мм. На другой части от оси симметрии пластины 3 установлены с воздушным зазором 5. Величина воздушного зазора 5 равна высоте утолщений 4, т.е. составляет 0,5-0,7 мм. Пластины 3, образующие магнитопровод 1, соединены друг с другом жестко в местах утолщений 4. Так, если пластины 3 получены методом прессования из смеси порошков железа и кремния, то соединение пластин 3 друг с другом осуществляется в процессе спекания посредством их диффузионной сварки. При получении пластин 3 методом литья в формы или горячей штамповкой жесткое соединение пластин 3 между собой достигается с помощью контактной сварки. Соединение пластин 3 по поверхности утолщений 4 приводит к тому, что на одной части от оси симметрии магнитопровода 1 образуются зоны с изотропной электрической проводимостью. На другой части от оси симметрии магнитопровода 1 пластины 3 отделены друг от друга воздушным зазором 5, вследствие чего эта часть магнитопровода 1 характеризуется анизотропной электрической проводимостью.

На части каждой из пластин 3 с утолщением 4 со стороны, противоположной утолщению 4, выполнены выемки 6 (см. фиг. 4). Форма выемок 6 совпадает с формой утолщений 4, а их глубина меньше высоты утолщений 4 и составляет 0,2-0,4 мм.

Пуск в ход однофазного асинхронного двигателя со статором осуществляется следующим образом.

При подключении обмотки 2 к источнику однофазного переменного напряжения в ней возникает ток, который создает пульсирующий магнитный поток. Одна часть этого потока проходит по части полюсов магнитопровода 1, на которых создана зона изотропной электрической проводимости, а другая часть пульсирующего потока проходит по части полюсов магнитопровода 1 с анизотропной электрической проводимостью. Магнитный поток, проходящий по части полюсов, характеризуется изотропной электрической проводимостью, индуцирует в этих частях полюсов электрический ток, который создает свое магнитное поле, направленное навстречу потоку, созданному в этих частях полюсов током обмотки 2. В результате, на участках полюсов магнитопровода 1, несущих зоны изотропной электрической проводимости, образуется некоторый результирующий магнитный поток, который по отношению к потоку части полюсов с анизотропной электрической проводимостью оказывается сдвинутым в пространстве и времени. Наличие временного и пространственного сдвигов магнитных потоков частей полюсов с анизотропной и изотропной электрическими проводимостями обеспечивает возникновение в рабочем зазоре между статором и ротором (на чертежах не показан) эллиптического магнитного поля и создание на валу ротора электромагнитного пускового момента, под действием которого ротор приходит во вращение.

Пример изготовления статора двигателя ДК-65.

Железный порошок марки ПЖРВ-2-200 (96,5%) смешивается с добавкой порошка кремния (3,5%). Полученная смесь прессуется на гидравлическом прессе при давлении 8-10 Т/см². В результате прессования образуются пластины (см. фиг. 3). Толщина пластин 2,5 мм, высота утолщений в осевом направлении 0,6 мм, длина утолщений 0,3 от длины полюса. Из девяти пластин набирается магнитопровод и к нему в осевом направлении прикладывается статическое сжимающее давление 2-4 МПа. После этого магнитопровод помещается в вакуумную печь (10^-4 мм рт. ст. ), где осуществляется спекание пластин при температуре 1050-1100^оС в течение 2 ч. Одновременно с процессом спекания протекает процесс дифффузионной сварки пластин по поверхности соприкосновения утолщений предыдущих пластин с торцевыми поверхностями, не имеющими утолщений, последующих пластин.

На полюсах полученного магнитопровода размещается однофазная обмотка переменного тока.

В отраслевой лаборатории кафедры "Общая электротехника и промышленная электроника" Пермского политехнического института в рабочий зазор между полюсами полученного статора устанавливался ротор с короткозамкнутой обмоткой. При подключении обмотки статора в сеть однофазного переменного напряжения создавался пусковой электромагнитный момент, под действием которого осуществлялся надежный запуск ротора из неподвижного состояния (см. акт испытаний).

Выполнение на пластинах выемок обеспечивает существенное упрощение процесса сборки магнитопровода и делает возможным его автоматизацию.

Предлагаемое изобретение по сравнению с прототипом обеспечивает пуск однофазных асинхронных двигателей без установки на полюсах магнитопровода медных короткозамкнутых витков. Это приводит к упрощению конструкции статора, снижению трудоемкости его изготовления, уменьшению стоимости. К дополнительному снижению стоимости однофазных асинхронных двигателей в предлагаемой конструкции статора приводит то, что процесс изготовления и сборки магнитопровода производится автоматически по безотходной технологии.

Наличие на одной части от оси симметрии магнитопровода воздушного зазора между пластинами приводит к многократному увеличению поверхности охлаждения и улучшению отвода тепла как от статора, так и ротора. Это позволяет увеличить линейную плотность тока обмотки статора и обмотки ротора, магнитные нагрузки двигателя, что обеспечивает рост электромагнитного момента и мощности, приходящихся на единицу активной поверхности двигателя.

Изобретение рекомендуется к использованию на предприятиях, осуществляющих серийное производство однофазных асинхронных двигателей.

Статор однофазного асинхронного двигателя. Использование: электротехника, однофазный асинхронный двигатель. Сущность изобретения: статор однофазного асинхронного двигателя содержит магнитопровод с явновыраженными полюсами и обмотку. Магнитопровод шихтован из отдельных пластин. Каждая пластина магнитопровода имеет утолщение на одной части от оси симметрии. На другой части от оси симметрии пластины установлены с воздушным зазором. Величина воздушного зазора равна высоте утолщений 0,5 0,7 мм. В местах утолщений пластины жестко связаны. 1 з. п. ф-лы, 4 ил.

1. СТАТОР ОДНОФАЗНОГО АСИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ, содержащий магнитопровод с явновыраженными полюсами, шихтованный из отдельных пластин, и обмотку, размещенную на полюсах, отличающийся тем, что, с целью упрощения конструкции и уменьшения стоимости, на одной части от оси симметрии каждая пластина магнитопровода имеет утолщение, а на другой части от оси симметрии пластины установлены с воздушным зазором, равным утолщению, причем в местах утолщений пластины жестко связаны. 2. Статор по п. 1, отличающийся тем, что на части каждой из пластин с утолщением со стороны, противоположной утолщению, выполнены выемки, по форме совпадающие с формой утолщения, имеющие глубину меньше высоты утолщений.