ОДНОФАЗНЫЙ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЬ ИНДУКТОРНОГО ТИПА Российский патент 1997 года по МПК H02K19/06 H02K29/06 

Изобретение относится к электротехнике, а точнее к электрическим машинам для бытовой техники, например, для стиральных машин и компрессоров холодильников.

Известен электродвигатель, содержащий набранный из пластин сердечник статора с обмотками, образующими одинаковые соседние полюса. Ротор, сердечник которого также набран из пластин, вращается внутри статора. Полюса, разделенные на группы, образуют замкнутые магнитопроводы. Магнитопроводы отдельных полюсов ограничены контурами соседних групп (Патент EP N0343845, кл.H 02K 19/06 от 27.05.88).

Недостатком данного двигателя является отсутствие гарантированного пускового момента.

Известен однофазный электродвигатель индукторного типа, содержащий безобмоточный ротор и статор, который выполнен с дополнительными и основными полюсами, охваченными обмотками. Электродвигатель снабжен блоком управления и источником питания постоянного тока, с которым через переключатель, открываемый по командам блока управления, связана основная обмотка, а в качестве датчика положения ротора используются дополнительные полюса, на одном из которых расположена первичная обмотка, питаемая от сети, на другом - вторичная обмотка, передающая сигналы на блок управления в момент замыкания магнитного контура дополнительных полюсов при повороте ротора (Патент ФРГ N4012561, кл.H02P 7/622, H02K 19/04 от 20.04.90).

Недостатком данного технического решения является невысокое значение фиксирующего момента дополнительного полюса при включении первичной обмотки, выставляющего ротор в стартовое положение при пуске, а также снижение коэффициента полезного действия из-за потерь в обмотках дополнительных полюсов.

Предполагаемое изобретение направлено на увеличение фиксирующего момента и повышение надежности пуска однофазного электродвигателя индукторного типа.

Решение указанной задачи обеспечивается предлагаемой конструкцией однофазного электродвигателя индукторного типа, содержащего безобмоточный ротор и статор, выполненный с основными и дополнительными полюсами и обмотками, блоком управления с датчиком положения ротора и источником питания постоянного тока, с которым через переключатель связана основная обмотка, причем дополнительная обмотка последовательно соединена с дополнительным переключателем, при этом управляющие электроды переключателей связаны с блоком управления, обеспечивающим возможность кратковременного включения в начале пуска обмотки дополнительного полюса, устанавливающего ротор в пусковое положение за счет развиваемого фиксирующего момента, а затем обмотки управления в зависимости от сигналов датчика положения ротора.

В дальнейшем изобретение поясняется конкретным исполнением со ссылкой на чертежи, на которых показано:
фиг. 1 поперечное сечение однофазного электродвигателя индукторного типа;
фиг. 2 схема электронного коммутатора.

Однофазный электродвигатель индукторного типа, показанный на фиг. 1, состоит из магнитопровода статора 1 с основными 2, 3 и дополнительными 4, 5 полюсами с размещенными на них катушками 6, 7 и 8, 9, ротора 10 с зубцами 11. На полюсах 2, 3 статора 1 имеются зубцы 12, 13 и пазы 14, на центральных зубцах полюсов 2, 3 расположены катушки 15, 16.

Электронный коммутатор, показанный на фиг. 2, состоит из блока управление (БУ), работающего по командам датчика положения ротора (ДПР), основной обмотки управления (ОУ), состоящей из катушек 6 и 7 (см. фиг. 1), дополнительной обмотки (ДО), состоящей из катушек 8 и 9 (см. фиг. 1), которые подключены к сети последовательно с ключом VS1, источника питания (ИП) и фильтровой емкости C, инвертора, состоящего из ключей VT1 VT2 и диодов VD1 и VD2.

При пуске обмотка управления 6 и 7 обесточена. Ротор устанавливается в стартовое положение синхронизирующим моментом от дополнительных полюсов 4 и 5, по обмоткам которых 8 и 9 протекает ток при включении ключа VS1. В результате ось зубцов 11 ротора 10 совпадает с осью возбужденных дополнительных полюсов 4 и 5. При подаче БУ команды на открытие ключей VT1 и VT2 в обмотке управления начинает протекать ток. При этом подается команда на закрытие ключа VS1 и ДО обесточивается. Ток в ОУ создает магнитное поле, которое за счет сил магнитного тяжения обеспечивает вращающий момент, действующий на зубцы 11 ротора 10. Для обеспечения однонаправленного пуска и вращения ротора дополнительные полюса 4, 5 смещены с оси симметрии статора 1 по направлению вращения так, что ось дополнительного полюса 4 по воздушному зазору смещена относительно оси ближайшего зубца 12 основного полюса 2 статора на угол α = (1,25...1,44) tz, где tz зубцовое деление основных полюсов 2, 3. Аналогично смещен другой дополнительный полюс 5. В этом случае при включении катушек 8, 9 вращающий момент направлен от дополнительного полюса 4 к ближайшему зубцу 12 основного полюса 2. Под действием вращающего момента ротор 10 начинает вращаться. При достижении ротором положения, в котором ось зубца ротора совпадает с осью зубца основного полюса, по сигналу датчика положения ротора ключи VT1 и VT2 закрываются и ток уменьшается до нуля, возвращая запасную реактивную энергию в фильтровую емкость C через диоды VD1 и VD2. В противном случае на ротор начинает действовать вращающий момент обратного знака. За счет накопленной кинетической энергии ротор при обесточенной ОУ достигнет положения, в котором ось зубца 11 ротора 10 совпадает с осью паза 14 основного полюса. В этом положении в ОУ подается ток и при дальнейшем вращении на ротор 10 вновь станет действовать положительный вращающий момент, увеличивающий его частоту вращения. При достижении ротором углового положения, в котором ось зубца 11 ротора совпадает с осью зубца 13 основного полюса, ключи VT1 и VT2 вновь закрываются и ток снижается до нуля. Своевременная подача импульсов тока в ОУ 6, 7 обеспечивается БУ по сигналам от датчика положения ротора относительно статора. Последовательная подача импульсов тока в ОУ увеличивает частоту вращения до необходимого значения. Напряжение на обмотку управления подается от источника питания ИП, например, от мостового выпрямителя, к которому параллельно подключена фильтровая емкость C.

Для обеспечения высокого использования зубцового слоя электродвигателя при одновременном обеспечении необходимого смещения дополнительных полюсов с оси симметрии статора число зубцов ротора выполняется равным p(n+2), а число зубцов статора, выполненных на одном основном полюсе, равно n 1,2,3, где число основных полюсов статора p 2,4,
Для обеспечения высокой жесткости характеристики фиксирующего момента при взаимном положении ротора и статора, в котором оси зубцов ротора совпадают с осью дополнительного полюса, ширина дополнительного полюса по зазору равна 0,9.1,1 ширины зубцов ротора.

Для увеличения жесткости указанной выше характеристики дополнительные полюса размещаются несимметрично по отношению к зубцам основных полюсов так, что расстояние между осями дополнительных полюсов некратно зубцовому делению основных полюсов.

С целью обеспечения реверсивности предлагаемого электродвигателя дополнительные полюса 4, 5 выполняются смещенными относительно одного из основных полюсов, например, полюса 2, на угол α= (1,25...1,44) tz а расположенные на каждом из дополнительных полюсов катушки 8 и 9 соединены каждая последовательно с отдельным переключателем и параллельно между собой, при этом управляющие электроды дополнительных переключателей подведены к БУ с возможностью обеспечения отдельного включения катушек 8 и 9. Выбор направления вращения осуществляется кратковременным включением при пуске соответствующей катушки ДО. Так, при включении катушки 8 ротор начинает вращаться по направлению от дополнительного полюса 4 к зубцу 12 основного полюса 2 статора. При включении катушки 9 ротор начнет вращаться в противоположном направлении.

Для повышения надежности электродвигателя в случае закрытого исполнения, например при установке в герметичном компрессоре бытового холодильника, в качестве датчика положения ротора используется обмотка, состоящая из последовательно соединенных и включенных между собой встречно катушек 15 и 16, охватывающих одинаковые зубцы на основных полюсах. Предложенный способ включения катушек 15 и 16 исключает наведение в контуре образованной ими обмотки электродвижущей силы взаимоиндукции от поля основной обмотки. По характеру изменения индуктивности этой обмотки, обусловленной магнитным полем воздушного зазора, блок управления однозначно определяет текущее положение ротора относительно статора. Для обеспечения путей для замыкания магнитного потока указанной обмотки через воздушный зазор по крайней мере один из зубцов каждого основного полюса не охвачен катушками 15 или 16.

Положительный эффект предполагаемого изобретения достигается благодаря выполнению на статоре между основными полюсами дополнительных полюсов с обмотками, которые позволяют обеспечить высокое значение фиксирующего момента при пуске. Кроме того, за счет выполнения соответствующей несимметрии в расположении дополнительных полюсов и алгоритма работы блока управления обеспечивается возможность реверсивного вращения однофазного электродвигателя индукторного типа.

Использование: в качестве электрической машины для бытовой техники, например для стиральных машин и компрессоров холодильников. Сущность: однофазный электродвигатель индукторного типа содержит безобмоточный ротор 10 и статор 1, выполненный с основными 2, 3 и дополнительными 4, 5 полюсами и обмотками 6, 7, 8 и 9, блоком управления с датчиком положения ротора и источником питания постоянного тока, с которым через переключатели связана основная обмотка. Катушки 8, 9 дополнительной обмотки последовательно соединены с дополнительным переключателем, при этом управляющие электроды переключателей связаны с блоком управления, обеспечивающим возможность кратковременного включения на время пуска обмотки дополнительных полюсов, устанавливающего ротор в пусковое положение за счет развиваемого фиксирующего момента, а затем включения основной обмотки в зависимости от сигналов датчика положения ротора. В результате увеличивается фиксирующий момент и повышается надежность пуска электродвигателя. 6 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Однофазный электродвигатель индукторного типа, содержащий безобмоточный ротор и статор, выполненный с основными и дополнительными полюсами и обмотками, блоком управления с датчиком положения ротора и источником питания постоянного тока, с которым через переключатель связана основная обмотка, отличающийся тем, что дополнительная обмотка состоит из двух катушек, включенных согласно и соединенных последовательно с дополнительным переключателем, при этом управляющие электроды переключателей связаны с блоком управления, обеспечивающим возможность кратковременного включения дополнительной обмотки на время пуска, а затем основной обмотки в зависимости от сигналов датчика положения ротора. 2. Электродвигатель по п.1, отличающийся тем, что число зубцов ротора равно p (n + 2), число зубцов статора, выполненных на одном основном полюсе, равно n 1, 2, 3, а число основных полюсов p 2, 4
3. Электродвигатель по п.1 или 2, отличающийся тем, что ось дополнительного полюса смещена относительно оси ближайшего зубца статора основного полюса на величину 1,25 1,44 зубцового деления основных полюсов. 4. Электродвигатель по п.1, или 2, или 3, отличающийся тем, что расстояние между осями дополнительных полюсов не кратно зубцовому делению основных полюсов. 5. Электродвигатель по п.4, отличающийся тем, что дополнительные полюса смещены в противоположные стороны относительно одного из основных полюсов, а расположенные на каждом из полюсов дополнительные обмотки соединены каждая последовательно с отдельным переключателем и параллельно между собой, при этом управляющие электроды дополнительных переключателей подведены к блоку управления с возможностью обеспечения отдельного включения катушек. 6. Электродвигатель по любому из пп.1 5, отличающийся тем, что ширина дополнительных полюсов по воздушному зазору равна 0,9 1,1 соответствующей ширины зубцов ротора. 7. Электродвигатель по любому из пп.1 6, отличающийся тем, что одинаковые зубцы в количестве не более (n 1), где n ≥ 2, охвачены последовательно соединенными катушками, включенными между собой встречно на каждой паре основных полюсов и подключенными к блоку управления в качестве датчика положения ротора.