СИНХРОННЫЙ РЕАКТИВНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ С ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ РЕДУКЦИЕЙ Российский патент 2013 года по МПК H02K19/06 H02K19/10 H02K1/06 

Изобретение относится к области электротехники, а точнее к синхронным реактивным двигателям с электромагнитной редукцией.

Известны синхронные реактивные двигатели с электромагнитной редукцией, содержащие зубчатый ротор, статор с полюсами, на внутренней поверхности которых выполнены зубцы, и многофазную обмотку, каждая фаза которой содержит параллельно соединенные между собой полуфазы, смещенные относительно друг друга на 180 электрических градусов и содержат согласно включенные относительно начала этих полуфаз диоды, причем каждая полуфаза состоит из последовательно и согласно соединенных между собой катушек, размещенных на диаметрально расположенных зубчатых полюсах (см. патент Франции №2272519 от 1975 г.).

В таком синхронном реактивном двигателе за один электрический период питающего напряжения осуществляется поворот ротора только на одно зубцовое деление, что значительно облегчает его запуск по сравнению с известными синхронными реактивными двигателями с поворотом ротора на два зубцовых деления за один электрический период.

Однако, такой двигатель имеет ограниченное применение, т.к. из-за сосредоточенной фазной обмотки он не обеспечивает плавное вращение ротора и поэтому является самозапускающимся только при очень низкой частоте вращения ротора - не превышающей 20-30 об/мин.

Частично указанные недостатки устранены в синхронном реактивном двигателе с электромагнитной редукцией, содержащем зубчатый ротор с числом зубцов z_p, зубчатый статор, выполненный с равномерно распределенными по окружности зубцами, число которых z_c связано с числом зубцов ротора соотношением z_p=z_c±p, где p=1, 2, 3… число пар полюсов расположенной в статоре m - фазной обмотки, каждая фаза которой состоит из параллельно соединенных между собой полуфаз, смещенных относительно друг друга на 180 электрических градусов и содержащих согласно включенные относительно начала этих полуфаз диоды, при этом полуфазы в каждой фазе включены относительно друг друга встречно, т.е. конец первой полуфазы соединен с началом второй полуфазы, а конец второй полуфазы соединен с началом первой полуфазы, причем каждая полуфаза состоит из p согласно и последовательно соединенных между собой катушечных групп (см. патент России №2066912 от 1994 г.).

В этом реактивном двигателе, благодаря равномерно распределенным по окружности статора пазам и распределенной фазной обмотке, обеспечивается более плавное вращение ротора, а соответственно более высокие энергетические показатели.

Однако, при выполнении этого реактивного двигателя с частотой вращения ротора превышающей 30-40 об/мин, его запуск от сети остается нестабильным, т.е. зависит от исходного положения зубцов ротора относительно зубцов статора и нагрузки на валу. Кроме того, существенным недостатком такого двигателя при его выполнении с числом зубцов статора более 48 является повышенная трудоемкость при изготовлении обмотки и ее укладке в пазы статора, а также малый коэффициент заполнения объема пазов медью из-за большого числа этих пазов. А из-за низкого Cos φ такой реактивный двигатель уменьшает Cos φ трехфазной сети.

Целью данного изобретения является устранение указанных недостатков, т.е. улучшение пусковых свойств синхронного реактивного двигателя с электромагнитной редукцией, повышение коэффициента использования его объема и уменьшение трудоемкости изготовления при большом числе пазов статора.

Указанная цель достигается тем, что в синхронном реактивном двигателе с электромагнитной редукцией, содержащем зубчатый ротор с числом зубцов z_p, зубчатый статор с равномерно распределенными зубцами z_c, число которых связано с числом зубцов ротора z_p соотношением z_p=z_c±р, где p=1, 2, 3… - число пар полюсов расположенной в статоре m - фазной обмотки, каждая фаза которой состоит из параллельно и встречно соединенных между собой полуфаз с согласно включенными относительно начала этих полуфаз диодами, причем эти полуфазы смещены относительно друг друга на 180 электрических градусов, а каждая полуфаза состоит из p согласно соединенных между собой катушечных групп, катушечные группы каждой полуфазы соединены между собой параллельно, число пазов статора z_п, в которых размещена m - фазная обмотка, равно z_п=z_c/k, где k=1, 2, 3…, а к m - фазной обмотке присоединены соответственно m соединенных между собой конденсаторов, при этом при m равном 3, конденсаторы, как и фазные обмотки, соединены между собой по схеме звезда или треугольник.

Для упрощения технологии изготовления синхронного реактивного двигателя с большим числом зубцов статора, например, равным или большим 48, k принимается большим 1 и каждый из участков статора, расположенный между соседними пазами с обмоткой, представляет собой зубец с гребенчатой зоной, число зубцов которого равно k, а безобмоточные пазы гребенчатой зоны выполнены с меньшим объемом, чем пазы с обмоткой.

На фиг.1 представлен общий вид реактивного синхронного двигателя с электромагнитной редукцией в разрезе.

Па фиг.2 представлена развернутая схема трехфазной обмотки синхронного реактивного двигателя с электромагнитной редукцией.

Па фиг.3 приведена принципиальная схема трехфазной обмотки двигателя, соединенная по схеме звезда с подключенными к фазам тремя конденсаторами, соединенными между собой по схеме треугольник.

На фиг.4 приведена принципиальная схема трехфазной обмотки двигателя, соединенная по схеме треугольник с подключенными к ней конденсаторами, соединенными между собой также по схеме треугольник.

Предложенный синхронный реактивный двигатель с электромагнитной редукцией содержит: зубчатый статор 1 (см. фиг.1), выполненный из листовой электротехнической стали с равномерно распределенными по окружности зубцами 2, число которых z_c равно 48; зубчатый ротор 3, выполненный также из листовой электротехнической стали с равномерно распределенными по окружности зубцами 4, число которых z_p определяется из соотношения z_p=z_c±p=48-2=46, где p - число пар полюсов, расположенной в пазах статора 1 трехфазной обмотки 5, принятое равным 2. Число пазов статора z_n в которых размещена трехфазная обмотка, определяется коэффициентом k. Так, при k=2, т.е. числе зубцов в гребенчатой зоне равным 2 (см. фиг.1), число пазов статора, занятых обмоткой z_п=z_c/2=48/2=24, при этом расположенные между соседними пазами статора с обмоткой участки представляют собой зубцы 6, каждый из которых представляет собой зубец с гребенчатой зоной, содержащей по k=2 зубца, причем пазы гребенчатой зоны выполнены с меньшим объемом паза, чем пазы с обмоткой. Трехфазная обмотка (см. фиг.2) выполнена распределенной, двухслойной, фазы соединены между собой но схеме звезда, число пар полюсов р равно 2 (см. фиг.2). Каждая фаза трехфазной обмотки, например, фаза A-X состоит из двух параллельно и встречно соединенных между собой полуфаз A₁-X₁ и A₂-X₂, т.е. конец первой полуфазы X₁ соединен с началом второй полуфазы A₂, а конец второй полуфазы X₂ соединен с началом первой полуфазы A₁, причем эти полуфазы смещены относительно друг друга на 180 электрических градусов или 6 зубцовых делений и каждая из полуфаз содержит согласно включенные относительно начала этих полуфаз диоды (см. фиг.2). При этом, каждая из полуфаз состоит из двух параллельно и согласно соединенных между собой катушечных групп (т.к. p - число пар полюсов обмотки равно 2), а каждая катушечная группа содержит две катушки, выполненные с шагом равным полюсному делению τ, которое равно z_n/2p=24/4=6 зубцовым делениям статора. Аналогично выполнены фазы B-Y и C-Z, а концы фаз X, Y, Z соединены между собой согласно схеме звезда. Чтобы не загромождать электрическую схему обмотки двигателя, присоединенные к ней конденсаторы изображены на принципиальной электрической схеме обмотки, представленной на фиг.3.

Работает предложенный синхронный реактивный двигатель с электромагнитной редукцией следующим образом. При подключении выводных концов A, B, C обмотки 5 к трехфазному напряжению в статоре 1 создается вращающееся магнитное поле, которое взаимодействуя через зубцы 2 статора 1 с зубцами 4 ротора 3, приводит последний во вращение. Частота вращения ротора 3 в об/мин определяется по формуле n=60×f/z_p=60×50/46=65,2 об/мин, где: f - частота напряжения трехфазной сети в Гц. На фиг.2 стрелками указано направление тока в полуфазах A₁-X₁ и C₂-Z₂ в момент времени, когда амплитуды тока в фазах A и C равны по величине, а в фазе B ток отсутствует. Полуфазы A₁-X₁ и C₂-Z₂ смещены относительно друг друга на 60 электрических градусов, что соответствует 30 угловым градусам или двум зубцовым делениям статора 1, поэтому своими катушечными группами они создают результирующую намагничивающую силу в зубцах, расположенных между пазами 3 и 8, а также между пазами 15 и 20. Эти зубцы взаимодействуя с зубцами 4 ротора 3, создают вращающий момент, направление которого указано на фиг.1 стрелкой.

Благодаря параллельному соединению между собой катушечных групп каждой полуфазы, каждая катушка полуфазы выполняется примерно с вдвое большим числом витков, в результате чего индуктивность каждой катушечной группы возрастает в четыре раза, а индуктивность всей полуфазы соответственно в два раза. С увеличением же индуктивности обмотки двигателя уменьшается скорость нарастания в ней тока, в результате чего ток в полуфазе достигает своего номинального значения за большее число электрических полупериодов, что обеспечивает значительное улучшение запуска реактивного двигателя.

Благодаря выполнению статора с числом зубцов в гребенчатой зоне равным например, двум (как изображено на фиг.1), значительно упрощается технология изготовления двигателя с числом зубцов статора равным или большим 48 за счет уменьшения в два раза числа катушек трехфазной обмотки. При этом, не менее, чем на 20% возрастает коэффициент использования объема пазов и появляется возможность увеличить число ампер-витков обмотки статора, а соответственно величину вращающего момента на валу двигателя.

Для уменьшения потребляемого от трехфазной сети реактивного тока синхронный реактивный двигатель выполнен, как изображено на фиг.3, 4 с тремя конденсаторами, соединенными между собой по схеме треугольник (или звезда) и подключенными к фазной обмотке в местах ее подключения к трехфазной сети.

Синхронный реактивный двигатель может быть выполнен с шагом обмотки большим или меньшим полюсного деления, например, обмотка, представленная на фиг.2, может быть выполнена с шагом 5 или 7 зубцовых делений, а при k равном 1 и z_c равном 48 с шагом 11 или 13 зубцовых делений.

Реактивный двигатель средней и большой мощности может быть выполнен с диодом в каждой катушечной группе полуфазы, подключенным аналогично диоду полуфазы.

При двухфазном выполнении реактивного двигателя он может быть подключен к однофазной сети путем последовательно подключенного к одной из его фаз конденсатора.

Предложенный синхронный реактивный двигатель с электромагнитной редукцией предполагается патентовать за границей, а также намечается его серийный выпуск.

Изобретение относится к области электротехники, а точнее - к синхронным реактивным двигателям, применяемым в качестве тихоходных силовых электродвигателей. Технический результат, достигаемый при использовании настоящего изобретения, состоит в улучшении пусковых свойств синхронного реактивного двигателя с электромагнитной редукцией, повышении коэффициента использования его объема и уменьшении трудоемкости изготовления предлагаемого двигателя при большом числе пазов статора. Указанный технический результат достигается тем, что синхронный реактивный двигатель с электромагнитной редукцией содержит зубчатый ротор с числом зубцов z_p, зубчатый статор с равномерно распределенными зубцами z_c, число которых связано с числом зубцов ротора z_p соотношением z_p=z_c±р, где р=1, 2, 3… - число пар полюсов расположенной в пазах статора m-фазной обмотки, каждая фаза которой состоит из параллельно и встречно соединенных между собой полуфаз с согласно включенными относительно начала этих полуфаз диодами, эти полуфазы смещены относительно друг друга на 180 электрических градусов и каждая полуфаза состоит из р согласно соединенных между собой катушечных групп. При этом, согласно данному изобретению, катушечные группы каждой полуфазы соединены между собой параллельно, число пазов статора z_п, в которых размещена m-фазная обмотка, равно z_п=z_c/k, где k=1, 2, 3…, при этом к m-фазной обмотке присоединены m соединенных между собой конденсаторов, которые при m, равном 3, соединены между собой по схеме звезда или треугольник, как и фазные обмотки. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Синхронный реактивный двигатель с электромагнитной редукцией, содержащий зубчатый ротор с числом зубцов z_p, зубчатый статор с равномерно распределенными зубцами z_c, число которых связано с числом зубцов ротора z_p соотношением z_p=z_c±р, где р=1, 2, 3… число пар полюсов расположенной в статоре m-фазной обмотки, каждая фаза которой состоит из параллельно и встречно соединенных между собой полуфаз с согласно включенными относительно начала этих полуфаз диодами, причем эти полуфазы смещены относительно друг друга на 180 электрических градусов, а каждая полуфаза состоит из р согласно соединенных между собой катушечных групп, отличающийся тем, что катушечные группы каждой полуфазы соединены между собой параллельно, число пазов статора z_п, в которых размещена m-фазная обмотка, равно z_п=z_c/k, где k=1, 2, 3…, а к m-фазной обмотке присоединены соединенные между собой соответственно m конденсаторов, при этом при m, равном 3, конденсаторы, как и фазные обмотки, соединены между собой по схеме звезда или треугольник.

2. Синхронный реактивный двигатель с электромагнитной редукцией по п.1, отличающийся тем, что при k, большем 1, каждый участок статора, расположенный между соседними пазами с обмоткой, представляет собой зубец с гребенчатой зоной, число зубцов которого равно k, а безобмоточные пазы гребенчатой зоны выполнены с меньшим объемом, чем пазы с обмоткой.