РЕАКТИВНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ С ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ РЕДУКЦИЕЙ Российский патент 1997 года по МПК H02K19/14 

Изобретение относится к области электротехники, а точнее к синхронным реактивным 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 Zp связано с числом зубцов статора Zc cоотношением Zp Zc ±2р, где р 1,2,3, число пар полюсов обмотки статора. Частота вращения ротора такого двигателя определяется по формуле п ±120•f/Zp об/ мин, где f частота сети [1]
Преимуществом реактивных двигателей по сравнению с другими типами двигателей с электромагнитной редукцией является простота конструкции, а соответственно и низкая стоимость.

Однако реактивные двигатели имеют низкие энергетические показатели из-за больших потерь в меди обмотки и малую величину момента на единицу объема ротора, так как для обеспечения плавности вращения ротора, а соответственно обеспечения близкой к синусоидальной формы вращающегося магнитного потока статора, обмотку таких двигателей приходится выполнять с увеличенным шагом обмотки.

Известен также синхронный редукторный электродвигатель, содержащий зубчатый статор и зубчатый ротор с разностью между числами зубцов, равной числу полюсов обмотки, каждая фаза которой выполнена из двух параллельных ветвей, которые смещены относительно друг друга на половину полюсного деления, а каждая ветвь состоит из 2р последовательно и встречно соединенных между собой катушек, выполненных с шагом, равным половине полюсного деления. Причем для уменьшения вдвое частоты вращения ротора параллельные ветви каждой фазы имеют возможность подключаться через встречные диоды [2]
В подобном двигателе катушки параллельных ветвей фазы выполнены с вдвое меньшей величиной шага обмотки. Однако токи в обеих ветвях фазы не имеют смещения по времени, поэтому по существу смежные катушки параллельных ветвей представляют собой одну катушку, выполненную с шагом, равным полюсному делению, в результате чего такой двигатель имеет те же недостатки, что и вышеприведенный.

Целью данного изобретения является устранение указанных недостатков, т. е. повышение энергетических показателей и вращающего момента реактивного двигателя с электромагнитной редукцией.

Указанная цель достигается тем, что реактивный двигатель с электромагнитной редукцией, содержащий зубчатый статор с числом зубцов Zс, связанным с числом зубцов Zр ротора соотношением Zр Zс±2р, где р 1,2,3, число пар полюсов размещенной в пазах статора распределенной обмотки, каждая фаза которой состоит из 2р встречно соединенных между собой катушечных групп, отличающийся тем, что обмотка статора выполнена в виде двух параллельно соединенных трехфазных обмоток, смещенных относительно друг друга на 30 электрических градусов, одна из которых соединена по схеме "треугольник", а другая по схеме "звезда", причем обе трехфазные обмотки выполнены так, что их намагничивающие силы преимущественно равны друг другу с допустимой разностью между ними не более 20% величины намагничивающей силы одной из них, а катушки этих обмоток выполнены с шагом обмотки, преимущественно равным середине диапазона от 0,5 до 0,85 полюсного деления.

На фиг.1 представлены статор и ротор предложенного реактивного двигателя с электромагнитной редукцией; на фиг.2 развернутая схема обмотки двигателя.

Предложенный реактивный 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 Zс равно 36, зубчатый ротор 3, выполненный также из листовой электротехнической стали с равномерно распределенными по окружности зубцами 4, число которых Zр определяется из соотношения Zр Zс±2р 36 2 34, где р число пар полюсов расположенной в пазах статора 1 распределенной двухслойной обмотки, принятое равным 1. Обмотка статора 1 состоит из двух трехфазных обмоток (см. фиг.2), смещенных относительно друг друга на 30 электрических градусов, т.е. на три зубцовых деления статора. При этом одна трехфазная обмотка, начала фаз которой обозначены А₁, В₁, С₁, а концы X₁, Y₁, Z₁, соединена по схеме "треугольник", а вторая трехфазная обмотка, начала фаз которой обозначены А₂, B₂, C₂, а концы Х₂, Y₂, Z₂, соединена по схеме "звезда". Обе трехфазные обмотки присоединены к клеммам А, В, С источника трехфазного напряжения параллельно относительно друг друга. Каждая фаза обеих трехфазных обмоток состоит из р 1 пар полюсов, т.е. из двух последовательно встречно соединенных между собой катушечных групп, каждая из которых состоит из трех катушек, так как обмотка выполнена двухслойной. Шаг обмотки для катушек обеих трехфазных обмоток принят равным 12 зубцовым делениям, т.е. равным 2/3 полюсного деления τ 18 зубцовым делениям, что соответствует средней части указанного в формуле изобретения диапазона от 0,5 до 0,85 τ. Для обеспечения равных намагничивающих сил обеих трехфазных обмоток обмотка, соединенная по схеме "треугольник", выполнена с числом витков в катушках в 1,73 раза большим числа витков в катушках обмотки, соединенной по схеме "звезда". Соответственно для обеспечения равной плотности тока в обеих трехфазных обмотках сечение обмоточного провода в обмотке, соединенной по схеме "треугольник", примерно в 1,73 раза меньше сечения провода обмотки, соединенной по схеме "звезда".

Работает предложенный реактивный двигатель с электромагнитной редукцией следующим образом. При подключении клемм А, В, С к источнику трехфазного напряжения, благодаря соединению фаз одной трехфазной обмотки по схеме "треугольник", а второй трехфазной обмотки по схеме "звезда", образуется 12-фазная система токов, создающая в статоре 1 вращающееся магнитное поле, которое, взаимодействуя через зубцы 2 статора 1 с зубцами 4 ротора 3, приводит последний во вращение. Частота вращения ротора 3, определяемая по формуле п ±120• f/Zp, равна 176,5 об/мин. Ротор вращается в направлении, противоположном направлению вращения поля статора, так как Zр меньше Zс. Реверс двигателя осуществляется также, как и в двигателях с обычной трехфазной обмоткой, путем перестановки местами любых двух из трех выводных концов обмотки.

Благодаря полученной 12-фазной системе токов достигается более близкая к синусоидальной форма вращающегося магнитного потока статора, что приводит к увеличению момента на единицу объема ротора, а также появляется возможность сократить шаг обмотки для катушек, т.е. уменьшить потери в меди, а соответственно повысить энергетические показатели реактивного двигателя.

В предложенном реактивном двигателе обмотка статора может быть выполнена в параллель двойным проводом, в этом случае катушки обмотки, соединенной по схеме "звезда", выполнены в параллель двойным проводом, а катушки обмотки, соединенной по схеме "треугольник", состоят из двух последовательно соединенных катушек из одинарного провода, а поэтому имеют вдвое большее число витков, чем катушки обмотки, соединенной по схеме "звезда".

Для регулирования частоты вращения предложенный двигатель может быть подключен к трехфазному источнику переменной частоты.

Использование: в качестве силового электродвигателя. Сущность изобретения: реактивный двигатель содержит зубчатый ротор 3 с числом зубцов Zp, зубчатый статор 1 с числом зубцов Zс, связанным с числом зубцов ротора 4 соотношением Zp=Zс±2р, где р = 1, 2, 3, ... число пар полюсов, расположенной в пазах статора 1 распределенной обмотки. Каждая ее фаза состоит из 2р встречно соединенных между собой катушечных групп. Обмотка статора 1 состоит из двух трехфазных обмоток, смещенных относительно друг друга на 30 электрических градусов и подключенных к источнику трехфазного напряжения параллельно друг другу. Одна из трехфазных обмоток соединена по схеме "треугольник", а другая - по схеме "звезда". Эти обмотки рассчитаны и выполнены так, что их намагничивающие силы преимущественно равны друг другу с допустимой разностью между ними не более 20% величины одной из них. Катушки обмоток выполнены с шагом, преимущественно равным середине диапазона от 0,5 до 0,85 полюсного деления. Это позволяет повысить пусковой момент и КПД. 2 ил.

Реактивный двигатель с электромагнитной редукцией, содержащий зубчатый статор с числом зубцов Z_с, связанным с числом зубцов Z_р ротора соотношением Z_р Z_с ± 2р, где р 1, 2, 3, число пар полюсов, размещенных в пазах статора распределенной обмотки, каждая фаза которой состоит из 2р встречно соединенных между собой катушечных групп, отличающийся тем, что обмотка статора выполнена в виде двух параллельно соединенных трехфазных обмоток, смещенных относительно друг друга на 30 эл. град. одна из которых соединена по схеме "треугольник", а другая по схеме "звезда", причем обе трехфазные обмотки выполнены так, что их намагничивающие силы преимущественно равны друг другу с допустимой разностью между ними не более 20% от величины намагничивающей силы одной из них, а катушки этих обмоток выполнены с шагом обмотки, преимущественно равным середине диапазона 0,5 0,85 полюсного деления.