ИНДУКТОРНАЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ МАШИНА Российский патент 1997 года по МПК H02K19/24 

Изобретение относится к электрическим машинам, а именно к индукторным электрическим машинам с зубчатым статором и зубчатым ротором.

Известны индукторные электрические машины, работающие на принципе электромагнитной редукции и содержащие статор с явновыраженными полюсами, на которых выполнены радиальные зубцы, зубчатый ротор. На статоре размещены: обмотка возбуждения, катушки которой охватывают каждый зубчатый полюс статора, формируя магнитный поток противоположного знака в соседнем зубчатом полюсе, и многофазная обмотка переменного тока (US, N 4075521, Н 02 К 3/00, 1976 г.).

Недостатком является размещение двух обмоток в одних и тех же пазах статора, что делает конструкцию электрической машины малотехнологичной и существенно снижает использование активного объема.

Также известна индукторная электрическая машина, являющаяся прототипом и состоящая из статора с явновыраженными полюсами, каждый из которых имеет радиальные зубцы, и зубчатый ротор. Обмотка статора выполнена из катушек, каждая катушка размещена на одном из полюсов статора. Фаза обмотки образована из Р-катушек, которые размещены на статоре со сдвигом на 2τ полюсов:
2τ=Z_o/P
где Zo число зубчатых полюсов статора, а Р число четное, и последовательно включенного с ними диода. Пара таким образом устроенных ветвей объединена параллельно в фазу обмотки включенной на соответствующую фазу источника питания (SU, N 1723640, H 02 К 19/06, 1992 г.). Совмещенная обмотка прототипа обтекается совмещенной системой токов, обмотка технологична и имеет малый вылет лобовых частей, что обуславливает снижение расхода меди. Однако, для обеспечения работоспособности, в каждую ветвь включают последовательно вентиль. Объединенные в фазу ветви не образуют путей для протекания обратных токов, что определяет целую гамму отрицательных свойств: повышенный состав гармоник токов в ветвях фаз обмотки, дополнительные потери, что снижает К. П.Д. и виброакустические явления. Этим обуславливается значительная вибрация машины.

Предложенная схема включения фаз с уменьшенным вдвое числом диодов позволяет улучшить ряд технических и потребительских качеств индукторной электрической машины: улучшается гармонический состав питающей сети, повышается коэффициент полезного действия за счет снижения добавочных потерь, снижается уровень высокочастотных вибраций машины.

Это достигается в предложенной индукторной электрической машине, содержащей зубчатый ротор, явнополюсный статор с числом зубцов Zо, числом пар полюсов Р и с обмоткой, каждая из катушек которой размещена на одном зубце статора, при этом фазы обмоток образованы электрически соединенными между собой катушками число которых равно Р, сдвинутыми на двойное полюсное деление 2τ=Z_o/P и подключенными через диоды к источнику питания. При этом, начала первой пары рядом расположенных четной и нечетной катушек соединены с электродом одного знака первого диода, начала второй пары рядом расположенных четной и нечетной катушек соединены с одним из электродов другого знака второго диода, при этом концы нечетных катушек объединены между собой в вывод основной фазы обмотки, концы четных катушек объединены между собой в вывод вспомогательной фазы обмотки, а остальные электроды обеих диодов объединены в общий вывод фаз обмотки.

На фиг. 1 изображена конструктивная схема двигателя, на фиг. 2 схема включения фаз обмотки.

Индукторная электрическая машина (фиг. 1) имеет обмотку, состоящую из катушек 1-8, каждая из которых размещена на одном из зубцов статора. В общем случае на внутренней поверхности явновыраженных зубцов статора 9 выполнены дополнительные радиальные зубцы (на фиг. 1 последние не изображены). Ротор 10 выполнен зубчатым безобмоточным. Общее число зубцов статора 9 Zo=8, электрически соединены при Р=2 между собой, катушки (фиг. 2) 1 и 5, 2 и 6, 3 и 7, 4 и 8 соединены последовательно. Возможно и параллельное соединение как всех катушек 1-8, так и части из них, например, нечетные 1 и 5, 3 и 7, что определяется параметрами источника питания для электрической машины конкретной мощности. Электрически соединенные между собой катушки сдвинуты относительно друг друга на двойное полюсное деление
2τ=Z_o/P= 8/2=4 и образуют ветви 1-5, 2-6, 3-7, 4-8, которые через диоды 11 и 12 включены к источнику питания. Включение выполнено следующим образом. Начала первой пары рядом расположенных по расточке статора четной 2 и нечетной 1 катушек соединены с анодом первого диода 11, начала второй пары расположенных четной 4 и нечетной 3 катушек соединены с катодом второго диода. Катод первого диода 11 и анод второго диода 12 соединены, образуя вывод 13 общей точки обмотки. Концы нечетных катушек 5 и 7 объединены, образуя вывод 14 главной фазы обмотки, концы четных фаз 6 и 8 катушек также объединены, образуя вывод 15 вспомогательной фазы обмотки.

При питании индукторной электрической машины, например, от однофазной сети переменного тока, к выводу 15 вспомогательной фазы обмотки подсоединен фазосдвигающий элемент (например, конденсатор) 16.

Индукторная электрическая машина работает следующим образом. Синусоидально изменяющееся напряжение однофазной сети прикладывается к нечетным катушкам главной фазы обмотки 1-5, 3-7 через диоды 11 и 12, соединенные с общей точкой обмоток 13. Очевидно, что через диоды 11 и 12 токи протекают лишь в одном направлении, а индуктивный характер тока в фазе предполагает их отставание по фазе от приложенного напряжения, поэтому, при закрытии диода от обратно приложенного напряжения, ток может продолжать протекать по замкнутому контуру, образованному всеми катушками обмотки 1-5, 3-7, 4-8-2-6. Поэтому в фазах образуется знакопеременный ток с значительной долей постоянной составляющей, обеспечивающей возбуждение индукторной электрической машины, работающей по принципу синхронных машин с возбуждением. Последнее приводит к улучшению гармонического состава потребляемого тока из сети и тока в фазах машины, что определяет повышение коэффициента полезного действия. К четным катушкам вспомогательной фазы обмотки 2-6, 4-8 напряжение через диоды 11 и 12 прикладывается через фазосдвигающий конденсатор, что определяет сдвиг токов первой гармонической (рабочей гармоники) во вспомогательной фазе по отношению к токам первой гармонической главной фазы обмотки, создается вращающееся магнитное поле обмоткой статора индукторной машины наряду с полем возбуждения от постоянных составляющих токов в фазах.

Таким образом, включая диод одновременно в две ветви каждой удается снизить вдвое их число, а соединение фаз в единый замкнутый контур обеспечило улучшение ряда технических и потребительских качеств индукторной электрической машины: улучшается гармонический состав тока питающей сети, повышается коэффициент полезного действия за счет снижения добавочных потерь, имеет место снижение уровня высокочастотных вибраций машины.

Изобретение относится к области электроэнергетики, а именно - к индукторным электрическим машинам с зубчатыми ротором и статором. Сущность изобретения состоит в том, что число зубцов статора равно Zo, число пар полюсов Р, каждая катушка его обмотки размещена на одном зубце статора, число катушек статора равно, и они образуют фазы обмотки, которые сдвинуты между собой на двойное полюсное деление 2τ=Z_o/P и подключены через диоды к источнику питания. Согласно изобретению начала первой пары рядом расположенных четных и нечетных катушек соединены с электродом одного знака первого диода, начала второй пары рядом расположенных четных и нечетных катушек соединены с одним из электродов другого знака второго диода, при этом концы нечетных катушек объединены между собой в вывод основной фазы обмотки, концы четных катушек объединены между собой в вывод вспомогательной фазы обмотки, а остальные электроды обоих диодов объединены в общий вывод фаз обмотки. Изобретение обеспечивает улучшение гармонического состава тока питающей сети, повышение коэффициента полезного действия путем снижения добавочных потерь, а также снижение уровня высокочастотных вибраций машины. 2 ил.

Индукторная электрическая машина, содержащая зубчатый ротор, явнополюсный статор с числом зубцов Z₀, числом пар полюсов p и с обмоткой, каждая из катушек которой размещена на одном зубце статора, при этом фазы обмоток образованы электрически соединенными между собой катушками, число которых равно p, сдвинутыми на двойное полюсное деление 2τ = Z_o/P и подключенными через диоды к источнику питания, отличающаяся тем, что начала первой пары рядом расположенных четных и нечетных катушек соединены с электродом одного знака первого диода, начала второй пары рядом расположенных четных и нечетных катушек соединены с одним из электродов другого знака второго диода, при этом концы нечетных катушек объединены между собой в вывод основной фазы обмотки, концы четных катушек объединены между собой в вывод вспомогательной фазы обмотки, а остальные электроды обоих диодов объединены в общий вывод фаз обмотки.