ТРЕХФАЗНЫЙ РЕАКТИВНЫЙ ИНДУКТОРНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ С МАЛЫМИ ПУЛЬСАЦИЯМИ МОМЕНТА Российский патент 2000 года по МПК H02K19/06 H02K37/04 

Описание патента на изобретение RU2153218C1

Изобретение относится к электрическим машинам и может быть использовано для сервопривода при повышенных требованиях к уровню пульсаций вращающего момента.

Известен трехфазный реактивный индукторный двигатель с пониженными пульсациями момента, содержащий зубчатый ротор без обмоток, статор с полюсами и расположенными на них обмотками. Для снижения пульсаций момента геометрия зубцового слоя выполнена такой, что отношение ширины коронки зубца ротора к ширине паза ротора по воздушному зазору находится в пределах (0,75... 0,9), то есть ширина коронки зубца ротора находится в пределах

где t2 - зубцовый шаг по ротору.

Ширина коронок зубцов статора выполняется равной ширине коронок роторных зубцов. Для обеспечения линейной связи момента и тока обмотки, а также для уменьшения влияния насыщения зубцов на уровень пульсаций момента в широком диапазоне изменения тока ширина основания зубцов выполняется больше ширины коронок зубцов. Для обеспечения малых пульсаций момента предлагается алгоритм питания обмоток, при котором каждая фаза оказывается запитанной током только в пределах 1/3 периода. В этом случае при отключении от источника питания фазной обмотки одновременно производится подключение следующей обмотки. Таким образом, в любой момент времени запитанной током может быть только одна из фазных обмоток. Это исключает режим работы, в котором одновременно возбуждены две фазы и момент на валу кратковременно практически удваивается. (Патент США N 4647802, H 02 K 37/00).

Недостатком такого технического решения является относительно высокий уровень пульсаций момента, а также чувствительность величины пульсаций момента к крутизне нарастающего и спадающего фронтов токов в фазных обмотках. Поэтому область применения этого технического решения ограничена и находится в зоне пусковых частот вращения.

Известен высокоскоростной трехфазный реактивный индукторный двигатель с низкими пульсациями момента, используемый в качестве серводвигателя. Двигатель содержит зубчатый ротор без обмоток, статор с зубчатыми полюсами, на которых размещены обмотки. Для уменьшения пульсаций момента отношение ширины коронки зубцов к ширине паза ротора предлагается выдерживать в диапазоне (0,7... 0,9), то есть ширина коронки зубца ротора находится в пределах

Ширина коронок зубцов статора выполняется равной ширине коронок зубцов ротора. При этом в качестве наиболее предпочтительного соотношения предлагается 0,78, то есть ширина коронки зубцов ротора (статора) - 0,44t2. Алгоритм питания обмоток предполагает подачу импульса тока в фазные обмотки в пределах 1/2 периода. В этом случае появляются интервалы времени, когда током запитаны две фазы. Это позволяет обеспечить уровень пульсаций момента на уровне 20%. (Патент США N 4947066, H 02 K 37/04).

Недостатком данного технического решения также является относительно высокий уровень пульсаций момента.

Предлагаемое изобретение направлено на изменение конфигурации зубцового слоя двигателя и за счет этого на снижение пульсаций момента на валу двигателя.

Решение указанной задачи обеспечивается конструкцией трехфазного реактивного индукторного двигателя, содержащего зубчатый статор с обмоткой и зубчатый безобмоточный ротор, в котором ширина коронки зубцов статора по воздушному зазору bz1= (0,3...0,36)t2, ротора - bz2= (0,39...0,45)t2. Кроме того, магнитная система двигателя выполняется со взаимным скосом зубцов ротора относительно зубцов статора на величину (0,05...0,25)t2.

В дальнейшем изобретение поясняется конкретным примером выполнения со ссылкой на чертежи, на которых показаны:
- Фиг. 1 - поперечное сечение трехфазного реактивного индукторного двигателя;
- Фиг. 2 - фрагмент зубцовой зоны двигателя;
- Фиг. 3 - продольный вид ротора со скосом зубцов;
- Фиг. 4 - диаграмма фазных токов и сигналов датчиков положения в области малых частот вращения;
- Фиг. 5 - результирующий момент двигателя и его фазные составляющие в зависимости от углового положения ротора.

Трехфазный реактивный индукторный двигатель с малыми пульсациями момента, показанный на Фиг. 1, содержит безобмоточный ротор 1 с зубцами 2. Статор двигателя содержит магнитопровод 3 с зубцами 4, охваченными катушками 5. Зубцы статора размещены так, что образуется трехфазная магнитная система. Ширина коронки зубцов статора (Фиг. 2) по воздушному зазору bz1= (0,3... 0,36)t2, ротора - bz2= (0,39...0,45)t2. Магнитная система двигателя выполнена со взаимным скосом зубцов ротора относительно зубцов статора на величину β = (0,05...0,25)t2, причем скос выполнен на роторе (Фиг. 3).

Для снижения акустического шума магнитную систему двигателя предлагается выполнять с числом зубцов на статоре -12, на роторе - 8.

В области малых частот вращения ток фазных обмоток имеет достаточно крутые фронты. Фазные сигналы датчика положения ротора d-A, d-B, d-C и соответствующие фазные токи IA, IB, IC показаны на Фиг.4. В этом режиме указанные соотношения геометрии коронок зубцов двигателя позволяют обеспечить такую форму момента от одной фазы MA (см. Фиг. 5), что сумма моментов от трех фаз дает результирующий момент MR с достаточно низким уровнем пульсаций. Питание обмоток двигателя осуществляется в течение 1/2 периода (Фиг. 4), причем ток IA подается в обмотку фазы A при положении зубцов ротора по отношению к зубцам данной фазы - "зубец-паз" и протекает в обмотке до тех пор, пока ротор не займет положение - "зубец-зубец". Таким образом, в процессе питания обмоток образуются интервалы времени, в течение которых ток одновременно протекает в двух фазных обмотках.

Кроме того, данная геометрия зубцового слоя с разной шириной коронок зубцов статора и ротора обеспечивает относительно пологий характер поведения фазного момента (см. Фиг. 5), например, MA, как в области "зубец-паз", так и в области "зубец-зубец". В этом случае двигатель оказывается менее чувствительным по пульсациям момента как к точности первоначальной установки датчика положения ротора, так и к форме нарастающего и спадающего фронтов фазных токов. Это способствует расширению диапазона работы двигателя по частоте вращения с малыми пульсациями момента.

Выполнение скоса зубцов в двигателе также способствует уменьшению пульсаций момента. Особенно это проявляется в конструкции двигателя с низким уровнем акустического шума с числом зубцов на статоре - 12, на роторе - 8, в котором на форме момента сильно сказывается насыщение вытянутых зубцов статора (см. Фиг. 1). Скос зубцов может быть выполнен как на роторе, так и на статоре. Для расширения диапазона магнитных нагрузок при сохранении низкого уровня пульсаций момента основание зубцов статора выбирается больше коронки соответствующих зубцов на величину (0,05...0,2)t2 (см. Фиг.2).

Таким образов, положительный эффект предлагаемого изобретения состоит в снижении пульсаций момента и достигается за счет применения предлагаемой геометрии зубцового слоя и скоса зубцов.

Похожие патенты RU2153218C1

название год авторы номер документа
СЕРВОПРИВОД С МАЛЫМИ ПУЛЬСАЦИЯМИ МОМЕНТА 1999
  • Коломейцев Л.Ф.
  • Пахомин С.А.
  • Сулейманов У.М.
  • Прокопец И.А.
  • Звездунов Д.А.
  • Коломейцев В.Л.
  • Крайнов Д.В.
RU2162041C2
ЭЛЕКТРОУСИЛИТЕЛЬ РУЛЯ АВТОМОБИЛЯ 1999
  • Коломейцев Л.Ф.
  • Сулейманов У.М.
  • Пахомин С.А.
  • Арабов Н.Я.
  • Бакулин Н.Ф.
  • Адамов Ц.А.
RU2158692C2
ВЕНТИЛЬНЫЙ ИНДУКТОРНО-РЕАКТИВНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ 2007
  • Птах Геннадий Константинович
  • Прасолин Алексей Прокопьевич
  • Мустафаев Руслан Решатович
  • Никифоров Борис Владимирович
  • Протасов Дмитрий Александрович
  • Буфал Александр Александрович
  • Грешняков Михаил Иванович
  • Ляпидов Константин Станиславович
RU2352048C1
ИНДУКТОРНЫЙ ГЕНЕРАТОР С СОВМЕЩЕННЫМИ ОБМОТКАМИ ВОЗБУЖДЕНИЯ И СТАТОРА 2017
  • Коровин Владимир Андреевич
RU2658636C1
ИНДУКТОРНАЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ МАШИНА 2017
  • Коровин Владимир Андреевич
  • Чернышев Алексей Дмитриевич
RU2662233C1
СПОСОБ ФОРМИРОВАНИЯ ТОКА В ФАЗНЫХ ОБМОТКАХ РЕАКТИВНОГО ИНДУКТОРНОГО ДВИГАТЕЛЯ 2003
  • Крайнов Д.В.
  • Сулейманов У.М.
  • Коломейцев Л.Ф.
  • Коломейцев В.Л.
  • Прокопец И.А.
RU2249298C1
СПОСОБ СНИЖЕНИЯ ШУМА РЕАКТИВНОГО ИНДУКТОРНОГО ДВИГАТЕЛЯ 1999
  • Пахомин С.А.
  • Сулейманов У.М.
  • Прокопец И.А.
  • Крайнов Д.В.
  • Коломейцев Л.Ф.
  • Коломейцев В.Л.
  • Звездунов Д.А.
RU2166228C2
СПОСОБ ФОРМИРОВАНИЯ ТОКА В ФАЗНЫХ ОБМОТКАХ РЕАКТИВНОГО ИНДУКТОРНОГО ДВИГАТЕЛЯ 2002
  • Крайнов Д.В.
  • Реднов Ф.А.
  • Сулейманов У.М.
  • Коломейцев В.Л.
  • Коломейцев Л.Ф.
  • Прокопец И.А.
  • Пахомин С.А.
  • Звездунов Д.А.
RU2242083C2
ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИЙ УСИЛИТЕЛЬ РУЛЯ АВТОМОБИЛЯ 2001
  • Канискин Н.А.
  • Постников А.С.
  • Симонов Б.Ф.
  • Шевченко А.Ф.
RU2181091C1
ИНДУКТОРНЫЙ ГЕНЕРАТОР С СОВМЕЩЕННЫМИ ОБМОТКАМИ ВОЗБУЖДЕНИЯ И СТАТОРА 2019
  • Коровин Владимир Андреевич
  • Чернышев Алексей Дмитриевич
RU2702615C1

Иллюстрации к изобретению RU 2 153 218 C1

Реферат патента 2000 года ТРЕХФАЗНЫЙ РЕАКТИВНЫЙ ИНДУКТОРНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ С МАЛЫМИ ПУЛЬСАЦИЯМИ МОМЕНТА

Использование: в сервоприводе при повышенных требованиях к уровню пульсаций вращающего момента. Трехфазный реактивный индукторный двигатель содержит безобмоточный ротор 1 с зубцами 2. Статор двигателя содержит магнитопровод 3 с зубцами 4, охваченными катушками 5. Зубцы статора размещены так, что образуется трехфазная магнитная система. Для снижения пульсаций момента в области малых частот вращения двигателя при 180-градусном питании обмоток предлагается следующая геометрия зубцового слоя : ширина коронки зубцов статора по воздушному зазору bz1 = (0,3...0,36)t2, ротора - bz2 = (0,39. . .0,45)t2, где t2 - зубцовый шаг по ротору. Магнитная система двигателя выполнена со взаимным скосом зубцов ротора относительно зубцов статора на величину β = (0,05...0,25)t2. 3 з.п.ф-лы, 5 ил.

Формула изобретения RU 2 153 218 C1

1. Трехфазный реактивный индукторный двигатель с малыми пульсациями момента, содержащий зубчатый статор с обмоткой и зубчатый безобмоточный ротор, отличающийся тем, что ширина коронки зубцов статора по воздушному зазору bz1 = (0,3 ... 0,36)t2, ротора bz2 = (0,39 ... 0,45)t2, где t2 - зубцовый шаг по ротору. 2. Трехфазный реактивный индукторный двигатель с малыми пульсациями момента по п.1, отличающийся тем, что магнитная система двигателя выполнена со взаимным скосом зубцов ротора и статора на величину β = (0,05 ... 0,25)t2. 3. Трехфазный реактивный индукторный двигатель с малыми пульсациями момента по п. 1 или 2, отличающийся тем, что число зубцов на статоре - 12, на роторе - 8. 4. Трехфазный реактивный индукторный двигатель с малыми пульсациями момента по п. 1, или 2, или 3, отличающийся тем, что основания зубцов статора выполнены больше коронок соответствующих зубцов на величину (0,05 ... 0,2)t2.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2000 года RU2153218C1

US 4947066 A, 07.08.1990
US 4647802 A, 03.03.1987
US 4186316 A, 29.01.1980
РЕВЕРСИВНЫЙ ШАГОВЫЙ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЬ 0
  • Б. А. Ивоботенко, Ю. М. Беленкий, С. М. Герцов М. М. Минкин
SU167236A1
Синхронный реактивный электродвигатель 1990
  • Новиков Павел Андреевич
SU1757035A1

RU 2 153 218 C1

Авторы

Пахомин С.А.

Коломейцев Л.Ф.

Сулейманов У.М.

Прокопец И.А.

Крайнов Д.В.

Звездунов Д.А.

Коломейцев В.Л.

Даты

2000-07-20Публикация

1999-01-06Подача