ОБМОТКА ОДНОФАЗНОГО ДВИГАТЕЛЯ С ИЗМЕНЯЕМЫМ ЧИСЛОМ ПОЛЮСОВ Российский патент 1997 года по МПК H02K3/28 H02K17/06 

Изобретение относится к области электротехники, а именно к устройству обмоток однофазных двигателей с изменяемым числом полюсов, и может быть использовано при изготовлении обмоток однофазных асинхронных двигателей с различным числом полюсов.

Известен однофазный двигатель с изменяемым числом полюсов, содержащий двухфазную обмотку, уложенную в пазы статора и намотанную с отношением чисел пар полюсов P₁ P₂ 1 2. Двигатель предназначен для использования в качестве конденсаторного для привода бытовых стиральных машин и приборах, требующих ступенчатого регулирования частоты вращения [1]
Однако, обмотка статора однофазного двигателя выполняется двухслойной. Изготовление двухслойной статорной обмотки является очень трудоемким технологическим процессом. Только полная механизация обмоточных работ снизить трудоемкость технологического процесса. Пазы, в которые укладывается обмотка, имеют меньшее содержание меди из-за межслойной изоляции, что увеличивает расход материалов на изготовление двигателя. Кроме того, однофазный двигатель с изменяемым числом полюсов обмотки якоря выполняется только на две пары полюсов P₁ P₂ 1:2, что ограничивает их применение.

Известна также обмотка однофазного двигателя с изменяемым числом полюсов, размещенная в пазах статора и намотанная двухфазной на числа пар полюсов P₁, P₂ и P₃. При этом она выполнена с отношением пар полюсов P₁ P₂ 1 2 и P₃> P₂. Двигатель может использоваться в качестве привода стиральных машин типов СМП и СМА, а также в других многофункциональных машинах и приборах [2] Эта обмотка наиболее близка к предлагаемому изобретению и является прототипом.

Тем не менее, укладка двух слоев обмотки в пазу остается трудоемкой технологической операцией, а заполнение паза медью из-за наличия межслойной изоляции снижено, что увеличивает расход материалов на изготовление двигателя.

Анализ приведенного уровня техники свидетельствует о том, что задачей изобретения является создание обмотки однофазного двигателя с изменяемым числом полюсов, которая имеет более простую технологию изготовления и меньший расход материалов на изготовление двигателя.

Это достигается тем, что обмотка однофазного двигателя с изменяемым числом полюсов, выполняется двухфазной с числом пар полюсов P₁, P₂, P₃ и с отношением пар полюсов P₁ P₂ 1 2 и P₃ > P₂, выполнена однослойной, при этом каждая фаза содержит q катушек на полюсном делении τ₂ величина которого равна

где Z₁ 4qP₂, при q 3a, 5a, 7a, и a 1, 2, 3, q число катушек размещенных в соседних пазах и соединенных последовательно, образуя катушечную группу, средний шаг Y_ср катушек однослойной обмотки равен
y_ср = τ₂,
в полюсность P₃ определена соотношением
P₃ P₂q/a,
при этом обмотка разделена на две части на каждой паре полюсов P₂, первую и вторую, в первую часть обмотки на паре полюсов P₂ включено первых 2q катушек, а во вторую последующие 2q катушек на паре полюсов P₂, каждая фаза обмотки выполнена из q/a ветвей, а каждая ветвь состоит из двух частей, в первую часть ветви включены катушечные группы первых частей обмотки, а именно катушки с номерами 1 a, a+1 2a, 2a+1 3a и т.д. до τ₂ - a + 1 ... τ₂ а при P₂> 2 и катушки с номерами

и т.д. во вторую часть каждой ветви включены катушечные группы из вторых частей обмотки с номерами

и т.д. до τ₂ - a + τ₂ + 1 ... 2τ₂, а при P₂ > 2 и катушки с номерами

и т. д. до τ₂ - a + 3τ₂ + 1 ... 4τ₂ и т.д. обе части ветви соединены последовательно и с тремя отводами, два крайних и один средний, первая фаза обмотки с полюсностью P₁ и P₂ образована первой группой q/a ветвей на каждой паре полюсов P₂, а вторая фаза последующей группой q/a ветвей на каждой паре полюсов P₂, при этом полюсность P₂ образована согласным включением катушек первой и второй частей обмотки, полюсность P₁ их встречным включением, первая фаза обмотки полюсности P₃ образована нечетными ветвями обмотки, а вторая фаза четными ветвями, при этом последующая ветвь в каждой фазе включена встречно предыдущей.

У обмотки однофазного двигателя с изменяемым числом полюсов может быть в первой части ветвей крайний отвод соединен с началом первой катушки этой ветви, все последующие катушки подсоединены началами к концам предшествующих, во второй части ветвей крайний отвод соединен с концом последней катушки этой ветви, все предыдущие катушки подсоединены концами к началам последующих, а средний отвод соединен с концом последней катушки первой части ветви и с началом первой катушки второй части ветви.

При этом у обмотки однофазного двигателя с изменяемым числом полюсов при полюсностях P₂ и P₃ все ветви в пределах каждой фазы соединены последовательно между собой и с однофазной сетью крайними отводами, а при полюсности P₁ крайние отводы объединены между собой в общий отвод ветви, при этом общий отвод первой ветви каждой фазы и средний отвод последней ветви соединены последовательно друг с другом через общий и средний отвод ветвей.

У обмотки однофазного двигателя с изменяемым числом полюсов может быть в первой части ветвей крайний отвод соединен с началом первой катушки этой ветви, все последующие катушки подсоединены началами к концам предшествующих, во второй части ветвей крайний отвод соединен с началом первой катушки этой ветви, все последующие катушки подсоединены началами к концам предыдущих, а средний отвод соединен с концом последней катушки первой части ветвей и с концом последней катушки второй части ветви.

При этом у обмотки однофазного двигателя с изменяемым числом полюсов при полюсности P₁ все ветви в пределах каждой фазы соединены последовательно между собой и с однофазной сетью крайними отводами, при полюсности P₂ крайние отводы объединены между собой в общий отвод ветви, при этом общий отвод первой ветви каждой фазы и средний отвод последней ветви каждой фазы соединены с сетью, и все ветви соединены последовательно друг с другом через общий отвод ветви и средний отвод, а при полюсности P₃ первая ветвь каждой фазы крайним отводом соединена с одной фазой сети и средним отводом со средним отводом последующей ветви, при этом все последующие ветви объединены в пары крайними отводами и последовательно соединены через средний отвод между собой и с другой фазой сети.

На фиг. 1-3 изображены однослойные обмотки однофазного двигателя с изменяемым числом полюсов и ее элементы; на фиг. 4 схемы включения однофазного двигателя с изменяемым числом полюсов на полюсность P₁, на фиг. 5 на полюсность P₂ и фиг. 6 на полюсность P₃.

Обмотка однофазного двигателя с изменяемым числом полюсов выполнена однослойной и размещена в пазах статора. На фиг. 1 число пазов статора 24, а на фиг. 2 и 3 число пазов статора 48.

Фазы обмотки состоят из катушечных групп 1-12, которые содержат одну катушку a 1 на паре полюсов P₂ (фиг. 1, 3), либо большее их число на паре полюсов P₂ a 2 (фиг. 2).

Число пазов статора, в которой размещена однослойная обмотка однофазного двигателя с изменяемым числом пар полюсов P₂ и числом пазов на полюс и фазу q:
Z₁ 4qP₂,
где q принимают значения q 3a, 5a, 7a. a 1, 2, 3 числа натурального ряда, равные числу катушек расположенных в соседних пазах и соединенных последовательно: a 1 (фиг. 1, 3) и a 2 (фиг. 2).

Таким образом, число зубцов и пазов статора Z₁ 24 при наименьшем значении P₂ 2 и a 1, а q 3•1 3 (фиг. 1), Z₁ 48 при P₂ 2 и a 2, а q 3•2 6 (фиг. 2), Z₁ 48 при a 1, а q 3•1 3 и P₂ 4 (фиг. 3).

Шаг обмотки по пазам статора Y_ср равен диаметральному и определяется полюсностью P₂

Для однослойных обмоток с равным шагом все катушки имеют одинаковый шаг y

как показано на фиг. 1 и

как показано на фиг. 3 и

как показано на фиг. 2.

При исполнении однослойной обмотки концентрическими катушками с разным шагом средний шаг y_ср остается диаметральным

на чертежах не показано.

Наибольшая величина числа пар полюсов P₃ определена соотношением
P₃ P₂q/a
и в нашем случае равно
P₃ 2•3/1 6,
как показано на фиг. 1,
P₃ 2•6/2 6,
как показано на фиг. 2,
P₃ 4•3/1 12,
как показано на фиг. 3.

Таким образом, соотношение чисел пар полюсов, обеспечиваемое однослойной обмоткой в приведенных описаниях на фиг. 1-3, равно
P₁ P₂ P₃ 1 2 6.

Обмотка на каждой паре полюсов делится на две части 13, первую и вторую. В первой части 13 обмотки на паре полюсов P₂ находится первая группа катушек 14 числом 20 и вторая группа катушек 15 числом 20.

Каждая фаза обмотки выполнен из q/a ветвей (фиг. 1б, 2б, 3б, г). Каждая ветвь состоит из двух частей 1 и 7 (фиг. 2), 16-17 и 18-19 (фиг. 3).

Первая часть каждой ветви 1 (фиг. 1, 2) и 16, 17 (фиг. 3) включает катушечные группы первые из первой части обмотки на каждой паре полюсов P₂, а именно катушки с номерами: 1 a, a + 1 2a, 2a + 1 3a и т.д. до τ₂ - a + 1 ... τ₂ так при a 1 (фиг. 1) в первую ветвь входит катушка 1, во вторую ветвь входит катушка 2 и т.д. а в последнюю ветвь катушка 6; при a 2 (фиг. 2) в первую ветвь входят катушки 1, первая и вторая, во вторую ветвь - третья и четвертая катушки и т.д. до одиннадцатой и двенадцатой катушек (так как τ₂ 12); при P₂ > 2 (фиг. 3) в первую часть каждой ветви входят катушки с номерами:

и т. д. до τ₂ - a + 2τ₂ + 1 ... 3τ₂ и т.д. так при P₂ 4 и a 1 в первую ветвь катушки первая 16 и тринадцатая 17, во вторую ветвь вторая катушка и четырнадцатая и т.д. в последнюю ветвь катушки шестая и восемнадцатая (фиг. 3).

Вторая часть каждой ветви включает катушечные группы из вторых частей обмотки на каждой паре полюсов 7 (фиг. 1, 2) и 18, 19 (фиг. 3), а именно катушки с номерами:

и т. д. до τ₂ - a + τ₂ + 1 ... 2τ₂ так при a 1 (фиг. 1) в первую ветвь входит катушка 7, во вторую ветвь катушка 8 и т.д. а в последнюю ветвь катушка 12; при a 2 (фиг. 2) в первую ветвь входят катушки тринадцатая и четырнадцатая, во вторую ветвь пятнадцатая и шестнадцатая катушки и т.д. до двадцать третьей и двадцать четвертой катушек τ₂ 12; при P₂ > 2 и катушки с номерами:

и т.д. до τ₂ - a + 3τ₂ + 1 ... 4τ₂ и т.д. так при P₂ 4 и a 1 (фиг. 3) в первую ветвь войдут катушки седьмая 18 и девятнадцатая 19, во вторую ветвь катушки двенадцатая и двадцать четвертая.

Обе части ветви (фиг. 1, 2, 3) соединены последовательно с тремя отводами два крайних 20 и 21 и один средний 22.

Первая фаза обмотки с полюсностью P₁ и P₂ образована первой группой q/a ветвей 14 (фиг. 1) на каждой паре полюсов P₂ (фиг. 4а, в; 5а, в), а вторая фаза последующей группой q/a ветвей 15 на каждой паре полюсов P₂ (фиг. 4б, г; 5б, г). При этом полюсность P₂ образована согласным включением катушек первой и второй частей 13 обмотки (фиг. 5), полюсность P₁ их встречным включением (фиг. 4).

Первая фаза обмотки полюсности P₃ образована нечетными ветвями обмотки 23, 24, 25 (фиг. 6а, в), а вторая фаза четными ветвями обмотки 26, 27, 28, при этом последующая ветвь в каждой фазе включена встречно предыдущей (фиг. 6). Так ветвь 24 включена встречно ветви 23, ветвь 25 встречно ветви 24 в первой фазе (фиг. 6а, в), а ветвь 27 включена встречно предыдущей ветви 26, ветвь 28 встречно ветви 27 во второй фазе (фиг. 6б, 6г).

Обмотка однофазного двигателя с изменяемым числом полюсов может быть выполнена из ветвей так, что в первой части ветвей (фиг 1б, 2б, 3б) крайний отвод 20 соединен с началом первой катушечной группы, а все последующие - подсоединены началами к концам предшествующих, во второй части ветвей (фиг. 1б, 2б, 3б) крайний отвод 21 соединен с концом последней катушечной группы этой ветви, все предыдущие подсоединены концами к началам последующих катушечных групп. Средний отвод 22 соединен с концом последней катушки первой части ветви и с началом первой катушки второй части ветви (фиг. 1б, 2б, 3б).

При таком исполнении ветвей обмотки однофазного двигателя с изменяемым числом полюсов полюсность P₂и P₃ обеспечивается соединением ветвей в пределах каждой фазы 23, 26, 24 (фиг. 5а), 27, 25, 28 (фиг. 5б), 23, 24, 25 (фиг. 6а), 26, 27, 28 (фиг. 6б) последовательно между собой и с однофазной сетью крайними отводами. При этом полюсность P₁ обеспечивается соединением крайних отводов ветвей 23, 24, 25, 26, 27, 28 (фиг. 4а, б) между собой в общий отвода ветви, а общий отвод первой ветви 23 и 27 (первой и второй фаз соответственно) и средний отвод последних ветвей 24 и 28 каждой фазы соединены с сетью и все ветви 23, 26, 24 и 27, 25, 28 соединены последовательно друг с другом через общий и средний отвод ветвей.

Обмотка однофазного двигателя с изменяемым числом полюсов может быть выполнена из ветвей так, что в первой части ветвей (фиг. 3) крайний отвод 20 соединен с началом первой катушечной группой 16, а все последующие катушечные группы 17 подсоединены началами к концам предшествующих катушечных групп 16, во второй части ветви (фиг. 3г) крайний отвод соединен с началом первой катушечной группы 18, все последующие катушечные группы 19 подсоединены началами к концам предыдущих 18 катушечных групп. Средний отвод 22 соединен с концом последней 17 катушечной группы первой части ветви и с концом последней катушечной группы второй части ветви.

При таком исполнении ветвей обмотки однофазного двигателя с изменяемым числом полюсов полюсность P₁ обеспечивается соединением ветвей в пределах каждой фазы 23, 26, 24 (фиг. 4в) и 27, 25, 28 (фиг. 4г) последовательно между собой и с однофазной сетью крайними отводами. Полюсность P₂ обеспечивается соединением крайних отводов ветвей 23, 26, 24 (фиг. 5в) и 27, 25, 28 (фиг. 5г) между собой в общий отвод ветви, а общий отвод первой ветви 23 и 27 каждой фазы и средний отвод последней ветви 25 и 28 каждой фазы соединены с сетью, и все ветви 23, 26, 24 (фиг. 5в) и 27, 25, 28 (фиг. 5г) соединены последовательно друг с другом через общий отвод ветви и средний отвод. Полюсность P₃ обеспечивается соединением первой ветви 23 (фиг. 6в) и 26 (фиг. 6г) каждой фазы крайним отводом с одной фазой сети и средним отводом веточки каждой фазы 23, 26 со средним отводом последующей веточки каждой фазы 24 и 27, а все последующие веточки 24, 25 и 27, 28 каждой фазы объединены в пары крайними отводами и последовательно соединены через средние оводы между собой 23 с 24 и 26 с 27 и с другой фазой сети 25 и 28.

Предлагаемая обмотка однофазного двигателя с изменяемым числом полюсов обладает возможностью создания трех ступеней частот вращения, например 1 2 6 (фиг. 4, 5, 6) соотношение числе пар полюсов, и выполняется однослойной. Переход с полюсности P₁ на P₂ с отношением P₁ P₂ 1 2 обеспечивается коммутацией тока лишь во второй части 13 обмотки (фиг. 1а, 2а, 3а, в). Полюсность P₃ обеспечивается коммутацией токов в ряде катушек как первой, так и второй частей 13 обмотки. Наиболее простые схемы включения в сеть (фиг. 4 6) однослойной обмотки позволяют обеспечить различные сочетания включения катушек и катушечных групп: последовательное (фиг. 4в, г; 5а, б; 6а, б) и параллельное (фиг. 4а, б; 5в, г; 6в, г), что позволяет выбрать желаемые законы регулирования частоты вращения.

Предлагаемая однослойная обмотка однофазного двигателя с изменяемым числом полюсов, обладая примерно одинаковыми свойствами с известными, позволяет значительно упростить операции по намотке обмотки статора однофазного двигателя, повысить производительность труда при выпуске многоскоростных двигателей, механизировать обмоточные работы. При этом в пазу лежит один слой обмотки, что повышает коэффициент заполнения паза медью, уменьшая расход материалов на изготовление.

Таким образом, благодаря исполнению обмотки однофазного двигателя с изменяемым числом полюсов однослойной представляется возможность упрощения технологии изготовления обмотки и уменьшения расхода активных материалов.

Область использования: обмотки однофазного двигателя с изменяемым числом полюсов. Сущность изобретения: обмотка выполнена двухфазной с отношением пар полюсов P₁ : P₂ = 1 : 2 и P₃ > P₂ выполнена однослойной из двух частей с диаметральным шагом по полюсности P₂, каждая часть обмотки содержит 2q катушек, а каждая фаза - q/a ветвей, где q=3a, 5a, 7a, ...; a = 1, 2, 3, ..., обе ветви соединены последовательно с тремя отводами, полюсность P₂ образована согласным включением катушек первой и второй частей обмотки, полюсность P₁ - их встречным включением, а полюсность P₃ определена соотношением P₃ = P₂q/a, первая фаза которой образована нечетными ветвями обмотки, а вторая фаза - четными, при этом последующая ветвь включена встречно предыдущей. Технический результат: упрощение технологии изготовления и уменьшение расхода активных материалов. 4 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Обмотка однофазного двигателя с изменяемым числом полюсов, выполненная двухфазной с числом пар полюсов Р₁, Р₂, Р₃ и с отношением пар полюсов Р₁ Р₂ 1 2 и Р₃ > Р₂, отличающаяся тем, что она выполнена однослойной, при этом каждая фаза содержит q катушек на полюсном делении τ₂, величина которого равна

где Z₁ 4qP₂ при q 3а, 5а, 7а, и а 1,2,3, q - число катушек, размещенных в соседних пазах и соединенных последовательно, образуя катушечную группу, средний шаг У_ср катушек однослойной обмотки равен
y_ср = τ₂,
а полюсность Р₃ определена соотношением
Р₃ P₂q/a,
при этом обмотка разделена на две части на каждой паре полюсов Р₂, первую и вторую, в первую часть обмотки на паре полюсов Р₂ включены первые 2q катушек, а во вторую последующие 2q катушек на паре полюсов Р₂, каждая фаза обмотки выполнена из q/a ветвей, а каждая ветвь состоит из двух частей, в первую часть ветви включены катушечные группы первых частей обмотки, а именно, катушки с номерами 1, а, а + 1, 2а, 2а + 1, 3а и т.д. до τ₂ - a + 1 ,..., τ₂, а при Р₂ > 2 и катушки с номерами и т.д. во вторую часть каждой ветви включены катушечные группы из вторых частей обмотки однопотенциальные с катушечными группами из первой части обмотки, а именно, катушки с номерами и т.д. до τ₂ - a + τ₂ + 1,..., 2τ₂, а при Р₂ > 2 и катушки с номерами и т.д. до τ₂ - a + 3τ₂ + 1,..., 4τ₂ и т.д. обе части ветви соединены последовательно и с тремя отводами, два крайних и один средний, первая фаза обмотки с полюсностью Р₁ и Р₂ образована первой группой q/а ветвей на каждой паре полюсов Р₂, а вторая фаза последующей группой q/а ветвей на каждой паре полюсов Р₂, при этом полюсность Р₂ образована согласным включением катушек первой и второй частей обмотки, полюсность Р₁ их встречным включением, первая фаза обмотки полюсности Р₃ образована нечетными ветвями обмотки, а вторая фаза четными ветвями, при этом последующая ветвь в каждой фазе включена встречно предыдущей. 2. Обмотка по п.1, отличающаяся тем, что в первой части ветвей крайний отвод соединен с началом первой катушки этой ветви, все последующие катушки подсоединены началами к концам предшествующих, во второй части ветвей крайний отвод соединен с концом последней катушки этой ветви, все предыдущие катушки подсоединены концами к началам последующих, а средний отвод соединен с концом последней катушки первой части ветви и с началом первой катушки второй части ветви. 3. Обмотка по п.2, отличающаяся тем, что при полюсностях Р₂ и Р₃ все ветви в пределах каждой фазы соединены последовательно между собой и с однофазной сетью крайними отводами, а при полюсности Р₁ крайние отводы объединены между собой в общий отвод ветви, при этом общий отвод первой ветви каждой фазы и средний отвод последней ветви каждой фазы соединены с сетью, и все ветви соединены последовательно друг с другом через общий и средний отвод ветвей. 4. Обмотка по п.1, отличающаяся тем, что в первой части ветвей крайний отвод соединен с началом первой катушки этой ветви, все последующие катушки подсоединены началами к концам предшествующих, во второй части ветвей крайний отвод соединен с началом первой катушки этой ветви, все последующие катушки подсоединены началами к концам предыдущих, а средний отвод соединен с концом последней катушки первой части ветвей и с концом последней катушки второй части ветвей. 5. Обмотка по п.4, отличающаяся тем, что при полюсности Р₁ все ветви в пределах каждой фазы соединены последовательно между собой и с однофазной сетью крайними отводами, при полюсности Р₂ крайний отводы объединены между собой в общий отвод ветви, при этом общий отвод первой ветви каждой фазы и средний отвод последней ветви каждой фазы соединены с сетью, и все ветви соединены последовательно друг с другом через общий отвод ветви и средний отвод, а при полюсности Р₃ первая ветвь каждой фазы крайним отводом соединена с одной фазой сети и средним отводом со средним отводом последующей ветви, при этом все последующие ветви объединены в пары крайними отводами и последовательно соединены через средние отводы между собой и с другой фазой сети.