СИНХРОННЫЙ ДВИГАТЕЛЬ С ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ РЕДУКЦИЕЙ Российский патент 1996 года по МПК H02K19/06 

Изобретение относится к области электротехники, а точнее к тихоходным синхронным двигателям с электромагнитной редукцией.

Известны синхронные реактивные двигатели с электромагнитной редукцией, содержащие зубчатый статор, в пазах которого размещена многофазная обмотка, и зубчатый ротор, число зубцов которого Z_p связано с числом зубцов статора Z_c соотношением Z_p Z_c ± 2 p, где p число пар полюсов обмотки статора. Частота вращения ротора этого двигателя определяется по формуле n 120 f/Z_p, где n частота вращения ротора в оборотах в минуту, f частота питающего напряжения в Гц (см. книгу П.Ю.Каасика. Тихоходные безредукторные микродвигатели. М. Энергия, 1974, с. 8-9).

Такие двигатели отличаются от других типов двигателей с электромагнитной редукцией наиболее простой конструкцией, т.к. не содержат обмотки возбуждения и выполняются однопакетными. Однако они не находят широкого применения из-за необходимости разгона ротора перед подключением обмотки к многофазному напряжению, т. к. за один электрический период питающего напряжения ротор поворачивается на два зубчатых деления, что исключает возможность самозапуска.

Частично указанные недостатки устранены в синхронном двигателе с электромагнитной редукцией, содержащем зубчатый ротор, статор с полюсами, на внутренней поверхности которых выполнены зубцы, и многофазную обмотку, каждая фаза которой содержит параллельно соединенные между собой две полуфазы, смещенные относительно друг друга на 180 электрических градусов и содержащие встречно включенные диоды, причем каждая полуфаза состоит из последовательно и согласно соединенных между собой катушек, размещенных на диаметрально расположенных зубчатых полюсах (см. патент Франции N 2272519, 1975).

В таком двигателе за один электрический период питающего напряжения осуществляется поворот ротора только на одно зубцовое деление, что значительно повышает пусковой момент двигателя, поэтому при низкой частоте вращения ротора до 20-25 об/мин и частоте питающего напряжения 50 Гц он становится самозапускающимся.

Однако этот двигатель, также как и вышеописанный, имеет ограниченное применение, т. к. из-за больших потерь в меди многофазной обмотки, которые, как правило, превышают полезную мощность на валу ротора, имеют низкий КПД. Кроме того, из-за сосредоточенной обмотки статора в таком двигателе не обеспечивается плавное вращение ротора, а самозапускающимся он является только при очень низкой частоте вращения.

Целью данного изобретения является устранение указанных недостатков, т. е. повышение пускового момента, КПД и плавности вращения синхронного двигателя с электромагнитной редукцией.

Указанная цель достигается тем, что в синхронном двигателе с электромагнитной редукцией, содержащем зубчатый ротор с числом зубцов Z_p, зубчатый статор и m-фазную обмотку, каждая фаза которой состоит из двух параллельно соединенных между собой полуфаз с включенными в них диодами, причем полуфазы каждой фазы смещены относительно друг друга на 180 электрических градусов, статор выполнен с равномерно распределенными по окружности зубцами, число которых Z_p связано с числом зубцов ротора Z_p соотношением Z_p Z_c ± p, где p 1, 2, 3. число пар полюсов расположенной в статоре m-фазной обмотки, которая выполнена распределенной, при этом полуфазы в каждой фазе соединены между собой встречно, т.е. конец первой полуфазы соединен с началом второй полуфазы, а конец второй полуфазы соединен с началом первой полуфазы, причем диоды в полуфазах каждой фазы включены согласно относительно начала этих полуфаз, а каждая полуфаза состоит из p согласно соединенных между собой катушечных групп, т. е. конец первой катушечной группы соединен с началом второй катушечной группы и т.д.

Кроме того, для упрощения монтажа выводных концов обмотки при соединении фаз звездой, в каждой фазе диод первой полуфазы подключен катодом к началу полуфазы, а диод второй полуфазы подключен анодом к ее концу.

На фиг.1 представлен общий вид двигателя с электромагнитной редукцией в разрезе.

На фиг.2 представлена развернутая схема трехфазной обмотки двигателя.

Предложенный двигатель с электромагнитной редукцией содержит: зубчатый статор 1 (см. фиг.1), выполненный из листовой электротехнической стали с равномерно распределенными по окружности зубцами 2, число которых Z_c 36; зубчатый ротор 3, выполненный также из листовой электротехнической стали с равномерно распpеделенными по окружности зубцами 4, число которых Z_p определяется из соотношения Z_p Z_c ± p 36 2 34, где p число пар полюсов расположенной в пазах статора 1 трехфазной обмотки 4, принятое равным двум. Трехфазная обмотка 5 (см. фиг.2) выполнена распределенной и каждая ее фаза состоит из параллельно и встречно соединенных между собой полуфаз, например, в фазе А-Х конец первой полуфазы Х соединен с началом второй полуфазы A₂, а конец второй полуфазы X₂ соединен с началом первой полуфазы A₁. Аналогично соединены между собой полуфазы в фазах B-Y и C Z. При этом, полуфазы каждой фазы смещены относительно друг друга на 180 электрических градусов, например, в фазе A-Х полуфаза A₂-X₂ смещена относительно полуфазы A₁-X₁ на 180 электрических градусов. Аналогично смещены полуфазы в фазах B-Y и C-Z. Кроме того, параллельно соединенные между собой полуфазы каждой фазы содержат согласно включенные относительно начала этих полуфаз диоды, например, диоды в полуфазах A₁-X₁ и A₂-X₂ фазы A-X включены согласно относительно начала этих полуфазах A₁ и A₂. Аналогично включены диоды в полуфазах фаз B-Y и C-Z. Причем для упрощения монтажа выводных концов обмотки при соединении фаз звездой, диоды в полуфазах A₁ X₁, B₁-Y₁, C₁-Z₁ подключены катодом к началу этих полуфаз A₁, B₁, C₁, а в полуфазах A₂-X₂, B₂ -Y₂, C₂-Z₂ анодом к концам этих полуфаз X₂, Y₂, Z₂, т.к. в этом случае объединенные в общую точку выводные концы X₁, Y₁, Z₁ и A₂, B₂, C₂ не содержат диодов. Каждая полуфаза обмотки 5 состоит из двух катушечных групп (т.к. p - число пар полюсов обмотки равно 2), соединенных между собой согласно, т.е. конец первой катушечной группы соединен с началом второй катушечной группы, а каждая катушечная группа содержит по три последовательно соединенных между собой катушек, выполненных с шагом обмотки, равным полюсному делению τ, которое равно Z_c/2p 36/2•2 9 зубцовым делениям статора 1. Фазы двухслойной обмотки 5 соединены между собой по схеме звезда, т. е. концы фаз X, Y, Z объединены в общую точку, как и в обычных трехфазных обмотках.

Работает предложенный синхронный двигатель с электромагнитной редукцией следующим образом. При подключении выводных концов А, В, С фаз обмотки к трехфазному напряжению в статоре 1 возникает вращающееся магнитное поле, которое, взаимодействуя через зубцы 2 статора 1 с зубцами 4 ротора 3, приводит последний во вращение. Частота вращения ротора 3 в оборотах в минуту определяется по формуле n 60•f/p• i, где f частота напряжения трехфазной сети в Гц; p число пар полюсов обмотки статора; i коэффициент редукции двигателя, определяемый из соотношения i Z_p/ Z_c-Z_p Подставляя значения f 50 Гц, p 2, a i 17 в эту формулу, находим n 60•50/2•17 88,2 об/мин. Для наглядности на фиг. 2 стрелками обозначены катушки полуфаз A₁-X₁ и С₂-Z₂, по которым проходит ток в момент времени, когда амплитуда тока в фазе А равна амплитуде тока в фазе С, а ток в фазе В отсутствует. Полуфазы A₁-X₁ и C₂-Z₂ смещены относительно друг друга на 60 электрических градусов, что соответствует 30 угловым градусам или трем зубцовым делениям статора 1, поэтому своими катушечными группами они создают результирующую намагничивающую силу в зубцах 2 статора 1, расположенных между 10 и 18, а также между 28 и 36 пазами статора (см. фиг.1), которые взаимодействуя с зубцами 4 ротора 3, создают вращающий момент, направление которого указано стрелкой.

Благодаря распределенной обмотке, выполненной с шагом, равным полюсному делению и равномерно распределенным по окружности статора зубцам, исключается пульсация результирующей намагничивающей силы полюсов за период питающего напряжению, что обеспечивает плавное вращение ротора, а также значительное уменьшение потерь в меди и соответственно повышение КПД двигателя. При этом выполнение обмотки с шагом, равным полюсному делению, позволяет при запуске двигателя перераспределятся магнитному потоку в пределах полюсного деления, повышая этим пусковой момент двигателя.

Предложенный двигатель с электромагнитной редукцией может быть выполнен с соединением фаз обмотки по схеме треугольник, в этом случае диоды во всех полуфазах могут быть подключены либо катодом к началу полуфаз, либо анодом к концу полуфаз или так же, как и при соединении фаз в звезду.

Предложенный двигатель может быть выполнен с укороченным шагом обмотки, например, при полюсном делении, равном 9 зубцовым делениям, шаг обмотки для катушек может быть равен 7/9 или 8/9 полюсного деления.

При числе фаз двигателя, равным двум, предложенный двигатель так же, как и известные двухфазные двигатели, посредством включения в одну из фаз конденсатора, может быть подключен к однофазной сети.

Предложенный двигатель с электромагнитной редукцией предполагается патентовать за границей, а также намечается его серийный выпуск.

Использование: в качестве тихоходных силовых электродвигателей. Синхронный двигатель с электромагнитной редукцией, содержит зубчатый статор с числом зубцов Z_p, зубчатый статор и m-фазную обмотку, каждая фаза которой состоит из двух параллельно соединенных между собой полуфаз с включенными в них диодами. Полуфазы каждой фазы смещены относительно друг друга на 180 электрических градусов. Статор выполнен с равномерно распределенными по окружности зубцами, число которых Z_c связан с числом зубцов ротора Z_p соотношением Z_p = Z_c ± p, где p = 1, 2, 3... - число пар полюсов расположенной в статоре m-фазной обмотки, которая выполнена распределенной. Полуфазы в каждой фазе соединены между собой встречно, а конец второй полуфазы соединен с началом первой полуфазы. Диоды в полуфазах каждой фазы включены согласно относительно начала этих полуфаз, а каждая полуфаза состоит из p согласно соединенных между собой катушечных групп. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Синхронный двигатель с электромагнитной редукцией, содержащий зубчатый ротор с числом зубцов Z_p, зубчатый статор и m-фазную обмотку, каждая фаза которой состоит из двух параллельно соединенных между собой полуфаз с включенными в них диодами, причем полуфазы каждой фазы смещены относительно друг друга на 180 электрических градусов, отличающийся тем, что статор выполнен с равномерно распределенными по окружности зубцами, число которых Z_c связано с числом зубцов ротора Z_p, соотношением Z_p Z_c±P, где p 1,2,3, число пар полюсов расположенной в статоре m-фазной обмотки, которая выполнена распределенной, при этом полуфазы в каждой фазе соединены между собой встречно, диоды в полуфазах каждой фазы включены согласно относительно начала этих полуфаз, а каждая полуфаза состоит из p согласно соединенных между собой катушечных групп. 2. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что при соединении фаз звездой, в каждой фазе диод первой полуфазы подключен катодом к началу полуфазы, а диод второй полуфазы подключен анодом к ее концу.