ВЕНТИЛЬНО-ИНДУКТОРНЫЙ ЧЕТЫРЕХФАЗНЫЙ НЕРЕВЕРСИВНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ Российский патент 2010 года по МПК H02K19/10 H02K19/12 H02K29/00 

Предлагаемое изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в электроприводах механизмов с переменной производительностью, например в вентиляторах, насосах, компрессорах и в бытовой технике.

Известен индукторный нереверсивный двигатель, содержащий явнополюсный статор, имеющий четыре полюса, и ротор в виде двух цилиндрических поверхностей, имеющих несовпадение осей, при этом поперечное сечение обеих поверхностей имеет высшую точку относительно центра ротора, каждая поверхность ограничена с краев выступом так, что нижние точки одного выступа и верхние точки другого выступа принадлежат одной поверхности, аналогично - для другой поверхности. Протяженность дуг обеих поверхностей составляет 180° [Патент США №3679953, МКИ Н02К 29/00. - Опубл. 25.07.1972 г.].

Известен нереверсивный двухфазный электродвигатель с переменным магнитным сопротивлением, содержащий явнополюсный статор с четырьмя полюсами, на которых размещены четыре сосредоточенных обмотки, и ротор с двумя полюсами, причем поверхность каждого из полюсов ротора выполнена в виде двух цилиндрических поверхностей разных диаметров, центры которых совпадают с осью ротора. [Патент РФ №2089034, МКИ Н02К 29/10. - Опубл. 27.08.97. Бюл. №24].

Известен двухтактный шаговый двигатель с искусственным расширением устойчивой зоны, содержащий явнополюсный статор с четырьмя полюсами и сосредоточенными обмотками и явнополюсный ротор с двумя клювообразными полюсами, направленными в сторону вращения [Дискретный электропривод с шаговыми двигателями. Под общ. ред. М.Г.Чиликина. М., Энергия, 1971. с.94-103.].

Основным недостатком этих двигателей является то, что в зависимости от положения ротора ток может протекать в одной или двух фазах, не создавая тормозной момент, за счет этого потребление энергии двигателями через схему управления от источника постоянного тока становится большим при протекании тока в одной фазе и меньшим, когда ток в одной фазе увеличивается, а в другой уменьшается, то есть протекает одновременно в двух фазах. Это приводит к низкой электромагнитной совместимости двигателя с источником постоянного тока.

Из известных технических решений наиболее близким по достигаемому результату к предлагаемому устройству является индукторный нереверсивный трехфазный двигатель, содержащий явнополюсный статор, имеющий шесть полюсов с сосредоточенными основными и рекуперационными обмотками, и ротор в виде двух цилиндрических поверхностей, имеющих несовпадение осей, при этом поперечное сечение обеих поверхностей имеет высшую точку относительно центра ротора, каждая поверхность ограничена с краев выступом так, что нижние точки одного выступа и верхние точки другого выступа принадлежат одной поверхности, аналогично - для другой поверхности. Протяженность дуг обеих поверхностей составляет 180° [Патент США №3679953, МКИ Н02К 29/00. - Опубл. 25.07.1972 г.].

Основным недостатком этого двигателя является то, что ток хотя и протекает большую часть времени по двум фазам, но при максимальном значении тока в одной из фаз ток в двух других фазах должен быть равен нулю. Это приводит к тому, что полюса одной фазы имеют разнополярную намагниченность. При этом магнитный поток замыкается через ротор и двумя ручьями через спинку статора, то есть по пути с наибольшим магнитным сопротивлением. Это уменьшает момент двигателя и увеличивает потери в магнитопроводе.

Таким образом, недостатками известного технического решения являются низкий момент и большие потери в магнитопроводе.

Целью предлагаемого изобретения является увеличение момента и уменьшение потерь в магнитопроводе.

Поставленные цели достигаются тем, что вентильно-индукторный четырехфазный нереверсивный двигатель содержит ротор с шестью полюсами, имеющими клювообразные выступы, и явнополюсный статор с восьмью полюсами и сосредоточенными обмотками, соединенными в «звезду», начала и концы которых соединены таким образом, что при протекании через обмотки токов одного направления полярность смежных полюсов противоположная, полярность противоположных полюсов, принадлежащих одной фазе, одинаковая.

По сравнению с наиболее близким аналогичным техническим решением предлагаемое устройство имеет следующий новый признак: полярность противоположных полюсов, принадлежащих одной фазе, одинаковая.

Следовательно, заявляемое техническое решение соответствует требованию «новизна».

При реализации предлагаемого изобретения уменьшается длина пути замыкания потока и магнитное сопротивление, что приводит к увеличению момента и уменьшению потерь в магнитопроводе.

Следовательно, заявляемое техническое решение соответствует требованию «положительный эффект».

По этому отличительному признаку проведен поиск известных технических решений в области электротехники, автоматики и электропривода.

Вентильно-индукторных четырехфазных нереверсивных двигателей, содержащих ротор с шестью полюсами, имеющими клювообразные выступы, и явнополюсный статор с восьмью полюсами и сосредоточенными обмотками, соединенными в «звезду», начала и концы которых соединены таким образом, что при протекании через обмотки токов одного направления полярность смежных полюсов противоположная, полярность противоположных полюсов, принадлежащих одной фазе, одинаковая, не обнаружено.

Таким образом, указанный признак обеспечивают заявляемому техническому решению соответствие требованию «существенное отличие».

На фиг.1 показан вентильно-индукторный четырехфазный нереверсивный двигатель, где обозначено: 1 - статор; 2 - ротор; 3 - обмотка; 4 - силовые магнитные линии.

На фиг.2 показана схема обмоток вентильно-индукторного четырехфазного нереверсивного двигателя.

На фиг.3 показана принципиальная схема управления вентильно-индукторным четырехфазным нереверсивным приводом.

На фиг.4 показаны диаграммы работы вентильно-индукторного четырехфазного нереверсивного двигателя, где обозначено: θ - угол поворота ротора; q - магнитная проводимость полюса статора в зависимости от угла поворота ротора; - производная магнитной проводимости полюса статора по углу поворота ротора; i - токи фаз; М - момент.

Вентильно-индукторный четырехфазный нереверсивный двигатель работает следующим образом. При положении ротора, показанном на фиг.1, которое соответствует углу поворота равному 22,5°, согласно диаграммам, показанным на фиг.4, в фазах В и D при помощи схемы управления, изображенной на фиг.3, транзисторами VT4 и VT2 при помощи широтно-импульсной модуляции и обратной связи по току, формируются токи равной амплитуды, а транзистор VT1 полностью открыт и поэтому ток в фазе А равен сумме токов фаз В и D. Так как обмотки выполнены по схеме, изображенной на фиг.2, то смежные полюса статора имеют разную полярность, а противоположные полюса статора, принадлежащие одной фазе, имеют одинаковую полярность, в результате чего магнитный поток замыкается в соответствии с фиг.1 через шесть полюсов статора и шесть полюсов ротора, создавая момент на валу двигателя. При повороте ротора под действием момента амплитуда тока фазы В, определяемая датчиком положения, уменьшается, а амплитуда тока фазы D увеличивается также благодаря сигналу датчика положения, при этом сумма токов фаз В и D остается равной току фазы А. При угле поворота 30°<θ<45° полностью открыт транзистор VT4, и ток в фазе D равен сумме токов в фазах С и А, причем ток в фазе С увеличивается, а ток в фазе А уменьшается. Далее изменение токов фаз происходит согласно диаграмме, показанной на фиг.4, по сигналу датчика положения.

Таким образом, использование вентильно-индукторного четырехфазного нереверсивного двигателя, содержащего ротор с шестью полюсами, имеющими клювообразные выступы, и явнополюсный статор с восьмью полюсами и сосредоточенными обмотками, соединенными в «звезду», начала и концы которых соединены таким образом, что при протекании через обмотки токов одного направления полярность смежных полюсов противоположная, полярность противоположных полюсов, принадлежащих одной фазе, одинаковая, позволяет увеличить момент вентильно-индукторного четырехфазного нереверсивного двигателя и уменьшить потери в магнитопроводе.

Использование предлагаемого устройства в различных промышленных системах позволит улучшить технические характеристики оборудования и улучшить электромагнитную совместимость с сетью.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в электроприводах механизмов с переменной производительностью, например в вентиляторах, насосах, компрессорах и в бытовой технике. В предлагаемом вентильно-индукторном четырехфазном нереверсивном двигателе, содержащем ротор с шестью полюсами, имеющими клювообразные выступы, и явнополюсный статор с восемью полюсами и сосредоточенными обмотками, соединенными в «звезду», согласно данному изобретению начала и концы обмоток соединены таким образом, что при протекании через обмотки токов одного направления полярность смежных полюсов противоположная, а полярность противоположных полюсов, принадлежащих одной фазе, одинаковая. Таким образом обеспечивается замыкание магнитного потока по кратчайшему пути с наименьшим магнитным сопротивлением. 4 ил.

Вентильно-индукторный четырехфазный нереверсивный двигатель, содержащий ротор с шестью полюсами, имеющими клювообразные выступы, и явнополюсный статор с восьмью полюсами и сосредоточенными обмотками, соединенными в «звезду», отличающийся тем, что, с целью увеличения момента и уменьшения потерь в магнитопроводе, начала и концы обмоток соединены таким образом, что при протекании через обмотки токов одного направления полярность смежных полюсов противоположная, а полярность противоположных полюсов, принадлежащих одной фазе, одинаковая.