Синхронный редукторный электродвигатель Советский патент 1992 года по МПК H02K19/06 

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

Известен синхронный редукторный электродвигатель реактивного типа, состоящий из зубчатого статора с многофазной обмоткой и безобмоточного зубчатого ротора, разность чисел зубцов статора и ротора равна числу полюсов обмотки статора. Синхронная работа двигателя происходит при низкой скорости вращения ротора, равной

19fif n2 ±J±bii об/мин,

22

(D

где f - частота сети;

Z2 - число зубцов ротора.

Известен также синхронный редукторный электродвигатель с диодным подмаг- ничиванием, содержащий зубчатый статор с явно выраженными полюсами, на которых расположены катушки многофазной обмотки, и безобмоточный зубчатый ротор, катушки одноименных полюсов каждой фазы обмотки объединены в две параллельные ветви и соединены последовательно с дио

дами встречного направления, разность чисел зубцов статора и ротора равна сумме или разности чисел пар полюсов магнитных полей, возбужденных постоянной и переменной составляющими выпрямленных токов фаз. Синхронная скорость вращения ротора равна

60f „c/(2)

П2 ±Z2

об/мин.

Недостатком известного двигателя является невозможность изменения скорости вращения ротора при фиксированной частоте питания.

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей синхронного редукторного электродвигателя путем регулирования скорости вращения ротора.

Указанная цель достигается тем, что в синхронном редукторном электродвигателе, содержащем зубчатый статор с явно выраженными полюсами и безобмоточный зубчатый ротор, разность чисел зубцов статора и ротора равна числу полюсов обмотки, на полюсах расположены катушки многофазной обмотки, каждая фаза обмотки выполнена из двух параллельных ветвей, в параллельные ветви включены катушки фазы и диоды встречного направления, число явно выраженных полюсов статора выполнено равным

Zo 2pm(m-1),

где z0 - число явно выраженных полюсов статора;

р - число пар полюсов обмотки;

m - число .фаз обмотки, число катушек каждой фазы выполнено равным удвоенному числу полюсов обмотки, на каждом полюсном делении каждой фазы обмотки расположено по две катушки, диаметрально противоположные катушки разноименных полюсов фазы соединены между собой последовательно и встречно и включены в одну из параллельных ветвей фазы, параллельно с каждым диодом включены контакты общего ключа.

Предлагаемый электродвигатель в отличие от прототипа имеет две скорости вращения ротора, одна из которых получена путем шунтирования диодов в параллельных ветвях обмотки общим ключом. При этом число зубцов ротора и полюсов обмотки остается неизменным.

При включенных диодах двигатель работает со скоростью (2), а при шунтированных диодах - как реактивный двигатель со скоростью (1).

На фиг. 1 схематически показан однофазный двигатель, поперечное сечение; на

фиг. 2 - схема обмотки однофазного двигателя; на фиг. 3 - схема соединений катушек и диодов однофазного двигателя; на фиг. 4 - трехфазный двигатель, поперечное

сечение; на фиг. 5 - схема обмотки трехфазного двигателя; на фиг, 6 - схема соединений катушек и диодов трехфазного двигателя; на фиг. 7 - эпюры намагничивающих сил (не) однофазного двигателя.

Однофазный двухскоростной синхронный редукторный электродвигатель (фиг. 1) состоит из статора 1, который имеет явно выраженные полюса 2-5. Число этих полюсов равно

z0 2pm(m-1) 2-2-(2-1) 4, где р - число пар полюсов обмотки; m - число фаз обмотки; z0 - число явно выраженных полюсов статора.

На полюсах 2-5 расположены катушки 6-9 и 10-13 двух фаз соответственно двухполюсной обмотки 2р s 2.

Число катушек 6-9 и 10-13 каждой фазы равно удвоенному числу полюсов

Мк 2(2р) 2-2 4.

На каждом полюсном делении каждой фазы обмотки расположено по две катушки.

На фиг. 2 показана схема двухфазной обмотки, состоящей из катушек 6-9 и 10-13.

На каждом из полюсов 2-5 расположено по две катушки 6-9 и 10-13, принадлежащих к разным фазам обмотки.

Диаметрально противоположные катушки разноименных полюсов каждой фазы, например 6 и 8, 7 и 9, соединены между собой последовательно и встречно и включены в одну из параллельных ветвей этой фазы обмотки, как это показано на фиг. 3, последовательно с диодами 14, 15 и 16, 17. Параллельно с каждым из диодов включены контакты общего ключа 18. Для сдвига тока по фазе в одной из фаз обмотки включен

конденсатор 19.

Трехфазный двухскоростной синхронный редукторный двигатель состоит из статора 20, имеющего явно выраженные полюса 21-32 (фиг. 4). Число этих полюсов

при двухполюсной обмотке, 2р 2, равно

z0 2pm(m-1) 2 -3(3-1) 12.

На полюсах 21-32 расположены катушки 33-36, 37-40 и 41-44 трех фаз обмотки. На каждом полюсном делении каждой фазы расположено по две катушки 33, 34. Общее число катушек каждой фазы равно удвоенному числу полюсов обмотки.

NK 2(2p) 2 -2 4.

На фиг. 5 показана схема трехфазной обмотки, состоящей из катушек 33-44. Диаметрально противоположные катушки разноименных полюсов каждой из фаз, например 33 и 35,34 и 36, соединены между собой последовательно и встречно и (фиг. 6) включены в одну из параллельных ветвей этой фазы обмотки последовательно с диодами 45-50. Параллельно с диодами 45-50 включены контакты общего ключа 51.

Принцип работы предлагаемого двигателя состоит в следующем.

Ток n-й фазы равен сумме двух выпрямленных токов Ип, i2n:

in iln + l2n

lmsln fl)t (p - Я(П - 1)} , (3)

где Im, p- амплитуда и фаза тока;

угловая частота питания;

п - порядковый номер фазы, п 1, 2, 3, .... т;

т - число фаз, т 2, 3.

Если пренебречь высшими гармониками выпрямленных токов Ип, i2n, то их выражения будут иметь следующий вид:

hn +- sin uM-p-rc(n-1);

(4) i2n +ysin 0)1 -jr(n - l)11.

Эти токи в каждой из фаз обмотки отличаются только знаками у постоянных составляющих в разных параллельных ветвях. Протекая по катушкам обмотки, постоянные и переменные составляющие выпрямленных токов создают не фаз, которые показаны на фиг. 7 для однофазного двигателя: FAI(X), FBI(X) - не фаз А и В от переменных составляющих выпрямленных токов (4), FAO(X), FBO(X) - не этих же фаз обмотки от постоянных составляющих токов (4).

При этом нс FAO(X), FBO(X) складываются и создают суммарную постоянную нс F0(x) машины, которая синхронизирует ротор при низкой скорости вращения (2).

Вследствие того, что на каждом полюсном делении обмотки расположено по две катушки, которые соединены между собой по схемам, показанным на фиг. 2-6, каждый из пространственных импульсов нс образуется из двух полуимпульсов от двух катушек, имеющих меньшую в два раза продолжительность по оси X. Число полюсов нс каждой фазы равно 2р.

Первые гармоники нс фаз обмотки, складываясь, образуют не машины в виде вращающейся волны:

пх

Fi(x)Fimsin().

(5)

Намагничивающая сила (5), воздействуя на магнитную проводимость зубчатого воздушного зазора, возбуждает магнитное поле, которое может быть условно представлено в виде поля статора и поля ротора. Поле статора объединяет все гармонические составляющие (обмоточные и зубцо- вые), происхождение которых связано

только со статором: с параметрами обмотки статора и с зубчатостью статора.

Поле ротора объединяет зубцовые гармоники ротора, происхождение которых связано только с ротором с его зубчатостью

и со скоростью его вращения. Это поле можно определить как

25

BR (х) « BRm sin ( u)t + Ј7 VI (6)

t pi

где BRm - амплитуда поля ротора, зависящая от магнитной проводимости его зубцо- вого слоя.

При скорости вращения ротора, равной

(7)

Z2

поле (6) неподвижно в пространстве и, если со стороны статора в зазоре присутствует дополнительное поле, имеющее полюс- ность, одинаковую с полюсностью поля (6), то это дополнительное поле взаимодействует с полем (6) и синхронизирует двигатель при низкой скорости вращения (2), (7) ротора. Таким дополнительным полем являет- ся магнитное поле, возбужденное суммарной не F0(x) от постоянных составляющих выпрямленных токов (4) в равномерном приведенном воздушном зазоре. В этом случае двигатель работает как из- вестный синхронный редукторный двигатель с диодным подмагничиванием, у которого число зубцов ротора zz равно

z2 lzi±(pi ±P2)I,(8)

где р2 - число пар полюсов нс постоянного тока;

pi - число пар полюсов нс переменного тока;

zi - число зубцов статора. В предлагаемом электродвигателе р2 рч р. Тогда

z2 lzi±(1±1)p| |zi±2p| . (9) Для изменения скорости вращения ротора необходимо диоды во всех параллельных ветвях обмотки зашунтировать путем

замыкания ключа 18 или 51. В этом случае в каждой из параллельных ветвей протекает только переменный ток, который создает вращающуюся не (5) и поле ротора (6). Поле статора, обусловленное не (5) и постоянной составляющей магнитной проводимости зубчатого зазора, и поле ротора (6), вращаются синхронно и создают синхронный момент, если скорость вращения ротора определяется (1) или равна

ель ±

(10)

2а

Z2

В этом случае предлагаемый электродвигатель работает как синхронный редукторный электродвигатель реактивного типа, у которого число зубцов ротора равно

Z2 Izi±2p

Равенства (9) и (11) определяют одно и то же число зубцов ротора для разных по принципу действия синхронных редуктор- ных двигателей, отличающихся скоростями вращения ротора (1) и (2) в два раза.

Предлагаемое техническое решение позволяет создать двухскоростной синхронный редукторный электродвигатель, у которого скорость вращения изменяется в 2 раза путем шунтирования диодов в обмотке, без изменения числа полюсов в обмотке и числа зубцов ротора.

10

15

20

25

30

Формула изобретения Синхронный редукторный электродвигатель, содержащий зубчатый статор с явно выраженными полюсами и безобмоточный зубчатый ротор, разность чисел зубцов статора и ротора равна числу полюсов обмотки, на полюсах расположены катушки многофазной обмотки, каждая фаза обмотки выполнена из двух параллельных ветвей, в параллельные ветви включены катушки фазы и диоды встречного направления, отличающийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей путем регулирования скорости вращения ротора двигателя, число явно выраженных полюсов статора выполнено равным

z0 2pm(m-1),

где z0 - число явно выраженных полюсов статора;

р -- число пар полюсов обмотки;

m - число фаз обмотки, число катушек каждой фазы выполнено равным удвоенному числу полюсов обмотки, на каждом полюсном делении каждой фазы обмотки расположено по две катушки, диаметрально противоположные катушки разноименных полюсов каждой фазы соединены между собой последовательно и встречно и включены в одну из параллельных ветвей фазы, параллельно с каждым диодом включены контакты общего ключа.

TR

7 12 8 f3 9

Изобретение относится к электрическим машинам малой мощности, а именно к тихоходным двигателям с электромагнитной редукцией скорости вращения. Целью изобретения является расширение функциональных возможностей путем регулирования скорости вращения. Синхронный редук- торный электродвигатель содержит зубчатый статор с явно выраженными полюсами и безобмоточный зубчатый ротор. Разность чисел зубцов статора и ротора выполнена равной числу полюсов обмотки. На полюсах расположены катушки многофазной обмотки, каждая фаза которой состоит из двух параллельных ветвей с катушками фазы и диодами встречного направления. Число явно выраженных полюсов статора выполнено равным z0 2pm(m-1), где z0 - число полюсов статора, р - число полюсов обмотки, m - число фаз. Число катушек каждой фазы выполнено равным удвоенному числу ее полюсов, на каждом полюсном делении обмотки расположено по две катушки. Диаметрально противоположные катушки разноименных полюсов каждой фазы соединены между собой последовательно и встречно и включены в одну из параллельных ветвей фазы.7 ил.

Фиг.2

X

/9

0W2.J

,Щ ,Я /40/43 /J4

/J7 /44/J /J /4/ ХЯ

.J

Фаг.5

A)

t-J1

tir я

ГЭ/

±Ји я±$«о I /%«J

7fx/

j . Л

13

гг