Синхронный редукторный электродвигатель Советский патент 1992 года по МПК H02P19/00 

Изобретение относится к электрическим машинам малой мощности и может быть использовано для создания тихоходных синхронных электроприводов.

Известны двухобмоточные синхронные редукторные электродвигатели интерференционного типа, состоящие из зубчатого статора с двумя обмотками и безобмоточного зубчатого ротора. Зубцовый шаг статора не равен зубцовому шагу ротора. Обмотки имеют разные числа полюсов, исключающие их непосредственную трансформаторную связь. Одна из обмоток многофазная и является обмоткой питания, а другая подключена к источнику постоянного тока и является обмоткой синхронизации. В таких двигателях зубцовое поле является результатом интерференции большого числа зубцовых гармоник, из которых лишь незначительная часть используется в качестве раб.очих магнитных полей.

Недостатками таких двигателей являются большие габариты, из-за наличия на статоре двух обмотоки сравнительно низкий КПД из-за неполного использования энергии зубцовых магнитных полей.

К электродвигателям интерференционного типа относятся и тихоходные электродвигатели на зубцовых гармониках поля, состоящие из зубчатого статора с явновыраженными полюсами и безобмоточного зубчатого ротора. Зубцовый шаг статора не равен зубцовому шагу ротора. На полюсах статора расположены катушки многофазной обмотки. Любая фаза этой обмотки состоит из двух параллельных ветвей, каждая из которых объединяет катушки полюсов одноименной полярности. В параллельных ветвях обмотки включены диоды встречного направления.

Переменные составляющие выпрямленных токов фаз создают в зазоре вращающуюся намагничивающую силу, а НС от постоянных составляющих выпрямленных токов синхронизируют двигатель при низкой скорости вращения ротора. Таким образом, одна и та же обмотка выполняет функции двух обмоток - переменного и постоянного токов, что ведет к уменьшению габаритов машины.

Недостатком такого двигателя является низкий КПД, который обусловлен неполным использованием энергии зубцовых магнитных полей.

Известен также синхронный редукторный электродвигатель с осевым возбуждением, состоящий из зубчатого статора с

многофазной обмоткой питания, безобмоточнбго зубчатого ротора. Число зубцов ротора отличается от числа зубцов статора на число пар полюсов обмотки, кольцевого постоянного магнита с осевой намагниченностью и ферромагнитных щитов и корпуса, являющихся частью магнитопровода постоянного магнитного потока.

Вследствие униполярности НС воздушного зазора между статором и ротором от постоянного магнита зубцовое поле ротора не является результатом интерференции большого числа зубцовых гармоник, а является чисто гармоническим по всему периметру воздушного зазора и его энергия полностью используется в процессе электромеханического преобразования энергии. Поэтому и КПД такого двигателя выше,

0 чем КПД машин интерференционного типа.

Недостатками известного двигателя являюtcя его большие масса и осевые размеры из-за ферромагнитных подшипниковых щитов, корпуса и наличия на щитах постоянных магнитов или обмоток возбуждения, вь сокая трудоемкость изготовления, обусловленная сборкой пакетов железа статора, механической обработкой

0 щитов и корпуса, а также высококлассной механической обработки сопрягаемых поверхностей статора и корпуса.

Цель изобретения - снижение трудоемкости изготовления двигателя и

5 уменьшение его массы и осевого габарита.

Указанная цель достигается тем, что в синхронном редукторном электродвигателе, содержащем немагнитный корпус, яв0 нополюсный зубчатый статор с многофазной обмоткой питания и безобмоточный зубчатый ротор, при этом каждая фаза обмотки выполнена из двух параллельных ветвей, в каждую ветвь

5 которой включены катущки полюсов одноименной полярности, в параллельных ветвях каждой фазы включены встречно направленные диоды, а разница чисел зубцов ротора и статора равна числу пар полюсов обмотки согласно изобретению, число явновыраженных полюсов статора выполнено кратным произведению удвоенного числа полюсов на число фаз обмотки, катушки обмотки питания размещены

5 на половине полюсов через один, а катушки остальных полюсов соединены между собой последовательно согласно и замкнуты накоротко.

В предложенном двигателе каждый полюс статора, свободный от катушек обмотки питания, выполняет роль осевого магиитопровода постоянного потока, как это имеет место в прототипе. По аналогии с прототипом, в котором поверхности статора и ротора являются униполярными и разноименными, свободные от обмоток питания полюса в заявленном двигателе также имеют одноименную полярность, но противоположную полярности полюсов с катушками. Это обеспечивает возможность избавиться от ферромагнитных материалов для щитов и корпуса двигателя, значительно сократить механическую обработку и использовать для них немагнитные металлы, а также прогрессивные методы формообразования (литье под давлением, прессование и штамповку). За счет этого значительно снижены трудоемкость изготовления, масса и осевые габариты двигателя. На фиг. 1 показан предложенный двигатель, поперечное сечение; на фиг. 2 - схема соединений полюсных катушек одной фазы обмотки с диодами. Неподвижная часть трехфазного.двигателя представляет собой корпус 1 из алюминиевого сплава, в котором залит пакет железа статора 2. Статор 2 имеет явновыраженные полюса 3-14. Часть полюсов (назовем их главными) 3, 5, 7, 9, 11 и 13 имеет на себе катушки 15-20 обмотки питания. Остальные полюса (назовем их дополнительными) 4, 6, 8, 10, 12, 14 выполняют роль магнитопровода постоянного потока: на них размещены катушки 21-26. Каждый из явновыраженных полюсов 3-14 имеет зубцовую гребенку. Причем с целью обеспечения непрерывности и гармоничности функции магнитной проводимости зубцового слоя статора по всему периметру расточки статора зубцовый шаг и раскрытие пазов статора по этому периметру должны быть постоянными. Зубчатый роТбр 27 имеет число зубцов Z2, которое отличается от числа зубцов статора Z1 на число пар полюсов обмотки р питания. IZ2-Z1 . Каждая фаза обмотки питания состоит из двух параллельных ветвей. В каждую ветвь включены катушки полюсов одноименной полярности, например 15 и 18, а следовательно, с ними диоды 28 и 29 встречного направления (фиг. 2). П-ринцип действия предлагаемого двигателя состоит в следующем. При включении двигателя в сеть в параллельных ветвях его обмотки протекают выпрямленные однополупериодные токи, каждый из которых равен сумме постоянной и переменной составляющих. Первые гармоники переменных составляющих выпрямленных токов имеют набольшие значения и, протекая по катушкам 15-20 главных полюсов фаз, создают вращающуюся НС двигателя с числом пар полюсов р. Постоянные составляющие выпрямленных токов в каждой из параллельных ветвей фаз имеют противоположные знаки и при протекании по катушкам 15-20 главных полюсов создают НС двигателя, которая для всех главных полюсов 3, 5, 7, 9, 11, 13 является одноименной (униполярно). Эта НС по отношению к дополнительным полюсам 4, 6, 8, 10, 12, 14 также является униполярной, но с противоположным знаком. Вращающаяся НС, созданная переменнымитоками фаз, воздействуя на магнитную проводимость зубчатого воздушного зазора, воз-буждает магнитные потоки прямого, обратного и нулевого следования. Поток прямого следования обусловлен магнитной проводимостью равномерного приведенного воздушного зазора и проходит по главным полюсам, по зубцам и ярму статора и ротора. Поток обратного следования обусловлен магнитной проводимостью зубцового слоя статора и ротора и проходит по тем же участкам магнитопровода, что и поток прямого следования. Магнитный поток нулевого следования обусловлен магнитной проводимостью зубцового слоя статора и ротора и проходит через воздушный зазор от главных полюсов 3, 5, 7, 9, 11, 13 к дополнительным полюсам 4, б, 8, 10, 12, 14. Величина этого потока равна половине (или меньше) магнитного потока прямого следования. Поскольку по главным полюсам 3-13 проходят все три составляющие магнитного потока, а по дополнительным полюсам 4-14 -только поток нулевого следования, то с целью выравнивания магнитной нагрузки ширина каждого дополнительного полюса 4-14 должна быть выбрана нямного меньше ширины главного полюса и равной (или меньше) одному зубцовому делению статора. Магнитные потоки прямого и обратного следования индуктируют в катушках 15-20 главных полюсов 3-13 ЭДС такого же следования, которые принимают участие в общем энергетическом балансе и определяют полезную мощность и механические характеристики двигателя.

При скорости вращения ротора, равной

ш

. 22

магнитный поток нулевого следования постоянен и взаимодействует с постоянным магнитным потоком, обусловленным постоянными составляющими выпрямленных токов и магнитной проводимостью равномерного приведенного зазора, создавая синхронный момент.

Катушки 21-26 дополнительных полюсов 4-14 соединены между собой последовательно согласно и замкнуты накоротко, Поток нулевого следования, возбужденный катушками главных полюсов, индуктирует в катушках дополнительных полюсов ЭДС и ток нулевого следования с частотой o; Z2ftJ2. Этот ток взаимодействует с потоком прямого следования от катушек главных полюсов и создает асинхронный момент, который пускает двигатель и приводит ротор во вращение со скоростью

, -|-(1-Sz),

где Sz - скольжение зубцовых полей.

За счет совместного действия синхронного и асинхронного моментов улучшается пуск и увеличивается момент входа двигателя в синхронизм.

Предложенный электродвигатель по сравнению с прототипом имеет значительно меньшую трудоемкость изготовления, меньшие массу и осевые габариты. Использование изобретения позволит создать более дешевый и аффективный в производстве и эксплуатации синхронный редукторный электродвигатель и расширить область его применения.

Формула изобретения Синхронный редукторный электродвигатель, содержащий немагнитный корпус, явнополюсный зубчатый статор с многофазной обмоткой питания и безобмоточный зубчатый ротор, при этом каждая фаза обмотки питания выполнена из двух параллельных ветвей, в каждую ветвь которой включены катушки полюсов одноименной полярности, в параллельных ветвях каждой фазы включены встречно направленные диоды, а разница чисел зубцов ротора и статрра равна числу пар полюсов обмотки, о тличающийся тем, что, с целью снижения трудоемкости изготовления, массы и осев.ого габарита, число явновыраженных полюсов стато|Эа выполнено кратным произведению удвоенного числа полюсов на число фаз обмотки, катушки обмотки питания размещены на половине полюсов через один, а катушки остальных полюсов соединены междусобой последовательно согласно м замкнуты накоротко.

.rvV

5гз

LrvS

Изобретение о.тносится к электрическим машинам малой мощности, а именно к синхронным'двигателям с электромагнитной редукцией. Цель изобретения - снижение трудЪемкости изготовления, уменьшение его массы и осевого габарита. Синхронный редукторный электродвигатель, содержащий немагнитный корпус 1, зубчатый статор 2 с обмоткой и безобмоточный зубчатый ротор 27. Числа зубцов ротора^ 2,-•16и статора отличаются на число пар полюсов обмотки, статор выполнен явнополюсным, каждый из полюсов имеет зубцовую гребенку, каждая фаза обмотки выполнена из двух параллельных ветвей, каждая ветвь объединяет катушки полюсов одноименной полярности, в паралле{1ьные ветви каждой фазы включены диоды встречного направления. Снижение трудоемкости изготовления, уменьшение веса и осевых размеров двигателя, обеспечивается за счет того, что число явновыраженных полюсов статора выполнено кратным произведению удвоенного числа полюсов на число фаз обмотки.катуш- ки обмотки статора расположены на половине полюсов статора через один полюс. Улучшение пуска и синхронизации двигателя достигается тем, что на каждом из полюсов, св.ободно-м от катушек обмотки питания, расположены дополнительные катушки, которые соединены между собой последовательно и согласно и замкнуты накоротко. 2 ил.CJо VI VI

фиг. 2