Трехфазный асинхронный редукторный электродвигатель Советский патент 1990 года по МПК H02K17/16 

Изобретение относится к электрическим машинам малой мощности, а именно к тихоходным двигателям с электромагнитной редукцией частоты вращения, и может быть использовано, например, в системах автоматики.

Известны асинхронные редукторные электродвигатели, которые состоят из зубчатого статора с числом зубцов Zi, зубчатого ротора с числом зубцов Za и двух независимых обмоток на статоре с числом полюсов PI и Р2. Одна из обмоток является обмоткой питания, а вторая замкнута на коротко через конденсатор. Во избежание непосредственной трансформаторной связи между обмотками отношение их чисел, полюсов должно быть четным числом 1.

Недостатком такого двигателя является наличие во вторичной обмотке конденсаторов, число которых равно числу фаз вторичной обмотки. -При низкой (промышленной) частоте питания емкость конденсатора составляет значительную величину, а габариты конденсаторов становятся соизмеримыми или превосходят габариты двигателя, что и является ограничивающим фактором в при- .менении таких двигателей.

ел ю

4

ON

01

ONНаиболее близкими по технической сущности к предлагаемому являются асинхронные редукторные электродвигатели, между которыми расположены кольцевые катушки, а также содержащие короткозамк- нутую обмотку, магнитопроводы статора и ротора 2.

Недостатками этого двигателя являются сложность конструкции, обусловленная наличием магнитосвязанных и магнитоизо- лированных магнитопроводов, что приводит к повышению трудоемкости производства, обязательное наличие немагнитного вала, наличие короткозамкнутой клетки на нескольких парах пакетов статора и ротора приводит к увеличенному расходу активных материалов и к повышению трудоемкости изготовления электромагнитной системы двигателя, относительно невысокое использование двигателя из-за сравнительно небольшой величины рабочего магнитного потока.

Целью изобретения является упрощение конструкции, снижение трудоемкости изготовления и повышение КПД двигателя.

Указанная цель достигается тем, что в трехфазном асинхронном редукторной электродвигателе, содержащем статор и ротор в виде зубчатых пакетов, между которыми расположены кольцевые катушки, коротко- замкнутую обмотку и магнитопроводы статора и ротора, зубчатые- пакеты статора и ротора выполнены с одинаковым числом зубцов, число их равно числу фаз, магнитопроводы выполнены общими для всех пакетов статора и ротора соответственно, пакеты ротора смещены друг относительно друга по окружности на 1 /3 зубцового деления, статор и ротор снабжены каждый дополнительным гладким пакетом, установленным в соответствующих магнитопроводах, обмотка первой фазы выполнена из одной катушки, размещенной между крайним и вторым зубчатыми пакетами статора, обмотки двух других фаз выполнены из двух катушек каждая, соединенных встречно и размещенных по торцам второго и третьего зубчатых пакетов, а между зубчатыми и гладкими пакетами статора и ротора расположены кольца из электропроводного материала.

Сечечие проводов катушек двух фаз может быть выполнено в два раза больше, чем сечение проводов катушек первой фазы.

Смещение пакетов может быть выполнено не на роторе, а на статоре.

На фиг.1 изображен трехфазный асинхронный двигатель, общий вид; на фиг.2 7 схема соединений обмоток статора.

Трехфазный асинхронный электродвигатель состоит из статора 1 с зубчатыми пакетами 2-4 и гладкого пакета 5, набранных из листов электротехнической стали. Зубцы (не показаны) пакетов 2-4 совпадают между собой. Все пакеты статора 1 объединены общим магнитопроводом 6 с продольной шихтовкой стальных пластин.

Ротор 7 содержит зубчатые пакеты 8-10 и гладкий пакет 11, которые расположены на общем магнитопроводе 12, имеющем продольную шихтовку стальных пластин и

0 расположенном на валу 13. Зубчатые пакеты 8-10 ротора 7 сдвинуты относительно друг друга в пространстве в одном направлении на 1/3 зубцового деления.

Обмотка первой фазы статора 1 состоит

5 из одной кольцевой катушки 14, обмотка второй фазы-из двух кольцевых катушек 15 и 16, расположенных по торцам пакета 3, а обмотка третьей фазы - из двух кольцевых катушек 17 и 18, расположенных по торцам

0 пакета 4. Катушки 15 и 16,17 и 18 соединены встречно и выполнены из провода с сечением в два раза большим, чем в катушке 14 первой фазы. Все кольцевые катушки всех фаз имеют одинаковое число витков.

5Между пакетами 4 и 5 статора 1 и пакетами 10 и 11 ротора 7 расположены короткозам- кнутые кольца 19 и 20 из электропроводного материала.

Электродвигатель работает следующим

0 образом.

Кольцевые обмотки каждой фазы возбуждают магнитный поток, который содержит составляющую, соответствующую равномерному приведенному зазору, и со5 ставляющую, обусловленную зубчатым строением статора и ротора. При равных числах зубцов статора и ротора обе составляющие магнитного потока являются униполярными и проходят по пути, показанному

0 на фиг.1.

Первая составляющая изменяется во времени с частотой питания и в двух фазах

2

имеет временный сдвиг на угол отх5

5 носительно потока первой фазы. Сумма первых составляющих магнитных потоков всех фаз равна нулю. Таким образом, непосредственная трансформаторная связь между, кольцевыми катушками 14-18 всех фаз и

0 короткозамкнутыми кольцами 19 и 20 отсутствует, что исключает а них потери мощности.

Взаимная индуктивная связь обмоток статора и короткозамкнутых колец 19 и 20

5 обеспечивается посредством второй (зубцо- вой) составляющей магнитного потока, которая изменяется во времени с частотой питания, в двух фазах относительно первой

2 имеет сдвиг на угол ± я: и модулирована

по амплитуде с частотой 7.1 ип., где Zz - число зубцов ротора (статора); W2 -угловая частота вращения ротора. Вследствие пространственного сдвига зубчатых пакетов 8,9 и 10 ротора на 1/3 зубцового деления, мо- 5 дуляция зубцового потока во второй и третьей фазах происходит с запаздыванием

2 по фазе на ± о относительно модуляции

в первой фазе.10

Модулированный по амплитуде зубцо- вый поток каждой фазы равен сумме двух составляющих, которые имеют частоты у + Z2 QU и tw - Z2 ftJ2 , где О) - угловая частота питания.15

Из-за относительного сдвига между собой зубчатых пакетов ротора на 1 /3 зубцового деления сумма составляющих зуб- цового потока с частотой ш + Z2 од равна нулю, а поток статора, сцепляющийся с 20 кольцами 19 и 20, изменяется с частотой й Sz (со - 22 ОД ), где Sz - скольжение зубцовых полей ротора относительно статора

„ (У-г2ОД25

(О

Частота ЭДС и токов, индуктированных в кольцах 19 и 20 этим потоком, равна Szu. Взаимодействие токов колец 19 и 20 с зубцовым магнитным потоком, изменяю- щимся с частотой ft) - Z2 ОД и сцепленным с кольцами, создает асинхронный вращающий момент. Ротор двигателя вращается со. коростью

««(.1-50

ИЛИ

П2(1 -Зг) Об/мин.

На фиг.2 показана схема соединений азных кольцевых катушек 14-18, где Н и К - начало и конец каждой катушки.

При вращении ротора происходит модуяция магнитного потока и в катушках стаора наводится ЭДС, часть которой имеет рямое следование и уравновешивает наряжение на катушках, а часть имеет нулевое следование. Во избежание потерь мощности в обмотке от токов нулевого следования она должна быть соединена звездой (фиг.2).

Предлагаемый электродвигатель по сравнению с известными имеет следующие преимущества: более простую конструкцию и меньшую трудоемкость изготовления из- за меньшего числа пакетов статора и ротора, из-за отсутствия магнитной изоляции пакетов, немагнитного вала, короукозамк- нутых обмоток на каждой паре магнитоизо- лированных пакетов, гораздо проще короткозамкнутое кольцо, изготовленное штамповкой, литьем под давлением или сваркой из проволоки; электродвигатель имеет более высокое использование магнитного потока и больший КПД вследствие того, что переменная составляющая магнитного потока каждой фазы, обусловленная зубчатым строением воздушного зазора, является в пространстве униполярной, а не раз- ноименнополюсной. Из-за этого рабочий магнитный поток зубцовых полей, пропорциональный переменной составляющей магнитной проводимости зубчатого зазора при одинаковых не обмоток, увеличивается примерно в л раз.

Использование изобретения позволяет впервые получить тихоходный асинхронный редукторный двигатель, не имеющий во вторичной цепи конденсаторов, простой и не трудоемкий в производстве, имеющий наибольший КПД по сравнению с известными аналогами. Выполнение вторичной обмотки не в виде кольца, а в виде многовитковой обмотки позволяет регулировать скорость вращения и величину пускового момента путем введения во вторичную цепь добавочного активного сопротивления.

Применение асинхронных редукторных двигателей обеспечивает экономический эффект за счет устранения промежуточного звена между электродвигателем и исполнительным органом - понижающего механического редуктора, что повышает надежность и срок службы электропривода.

1 г Щ /5 3 16 П ц 18 19 5 6

U

Цель изобретения - упрощение конструкции, снижение трудоемкости изготовления и повышение КПД двигателя. Электродвигатель содержит статор и ротор в виде зубчатых пакетов, между которыми расположены кольцевые катушки, короткозамкнутую обмотку, магнитопроводы статора и ротора. Зубчатые пакеты статора и ротора выполнены с одинаковым числом зубцов, число их равно числу фаз. Для обеспечения симметрии фаз, сечение проводов катушек двух фаз выполнено в два раза больше, чем сечение проводов катушки первой фазы. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.