Вентильный электродвигатель Советский патент 1993 года по МПК H02K29/00 

Изобретение относится к электрическим машинам, а именно к вентильным электродвигателям (ВД) с возбуждением от постоянных магнитов.

Цель изобретения -увеличение быстродействия путем минимизации момента инерции ротора при сохранении заданной механической характеристики ВД. Поставленная цель достигается тем. что в ВД, содержащем пазовый шихтованный статор с многофазовой якорной обмоткой с мягкими секциями и ротор с постоянными магнитами, активная длина ротора и его диаметр связаны соотношением

для А L/D (6,4-7.2) -M±°ilfi- ;

для А L/D

9,6 - 10,8

где р - число пар полюсов.

Покажем пути достижения высокого быстродействия ВД, связанные с уменьшением момента инерции его ротора. Для

примера рассмотрим ВД, изображенный на чертеже.

Он состоит из статора 1, магнитопровод 2 которого выполнен шихтованным из электротехнической стали. В пазах магни- топровода уложена якорная обмотка 3. Ротор-индуктор 4 содержит постоянные магниты 5 и магнитомягкие полюсы 6, при этом магниты прилегают к полюсам б своими полюсами с одноименной намагниченностью (см. чертеж).

Известные выражения для узловых точек механической характеристики ВД - пускового момента Мп и угловой частоты вращения при идеальном холостом ходе О, например, для двухфазного ВД с непрерывным управлением (с синусоидальным изменением тока а фазах)

сл

с

00

со о

„.и

XI сл

Сл)

Мп См

и

РФ

о

и СЕ

(1) (2)

где коэффициенты момента См и ЭДС СЕ определяются выражением

См СЕ k0 р aty Фб,

(3)

сопротивление фазы

где U - напрях ение питания;

обмотки статора; (4)

р - число пар полюсов;

- число витков в обмотке фазы;

- обмоточный коэффициент;

Фб - магнитный поток в воздушном зазоре на пару полюсов;

р -- удельное электрическое сопротивление обмоточного провода;

Iw 2D(A + jt kw/2p)- средняя длина витка обмотки;

qM - сечение обмоточного провода;

kw коэффициент, зависящий от конструкции обмотки,

позволяют увидеть возможные пути воздействия различных параметров на момент инерции ротора.

Эксперименты и расчеты показывают, что при р 8 и при уменьшении длины ротора, например, в 4 раза (то есть от до Я- 1) диаметр ротора для сохранения заданной механической характеристики достаточно увеличить всего в 1,2 раза, т.к. при этом появляется возможность за кчет уменьшения средней длины витка значительно (почти в 2,6 раза) увеличить число витков фазы якорной обмотки при сохранении неизменным ее сопротивления, т.е. увеличить в 2,6 раза МДС якоря. А это сравнительно небольшое увеличение диаметра ротора при значительном уменьшении его длины проводит к/уменьшению момента инерции ротора более чем в 1,4 раза.

За счет дальнейшего уменьшения средней длины витка при увеличении числа пар полюсов до р 12 оказывается возможным еще более увеличить число витков в фазе и в конечном итоге уменьшить момент инерции ротора почти в 1,9 раза.

С другой стороны, при меньшем числе пар полюсов (р 4) средняя длина витка при той же активной длине больше, чем в многополюсном ВД, поэтому здесь только в диа- пазоне значений А 2-3 удается добиться незначительного уменьшения момента инерции ротора.

Обработка результатов эксперимента позволяет предложить эмпирическую фор- мулу для определения оптимального соотношения длины ротора к его диаметру:

15

для Аопт (6,4-7,2) . ;

для Аопт

9,6 -10,8

0

5

0

5

0

Таким образом, выполнение ВД с возбуждением от постоянных магнитов с оптимальной относительной длиной ротора А L/D в соответствии с рекомендованными выше соотношениями обеспечивает по сравнению с прототипом наименьший момент инерции ротора при заданной механической характеристике и, следовательно, наибольшее быстродействие.

Ф о р м у л а и з о б р е т е н и я Вентильный электродвигатель, содержащий пазовый шихтованный статор с многофазной якорной обмоткой с мягкими секциями и ротор с пазами, в которых размещены постоянные магниты, образующие переменно-полюсную магнитную систему, отличающий с я тем, что.-с целью увеличения быстродействия путем минимизации момента инерции при сохранении заданной механической характеристики, активная длина ротора L и его диаметр О связаны соотношением

1,1 +0,1 р

L

1(6,4-7,2)

-, при

D

45

9,6 - 10,8

, при р 4,

где р - число пар полюсов ротора.

Использование: в электродвигателях с возбуждением от постоянных магнитов. Сущность: активная длина ротора и его диаметр связаны определенным соотношением с числом пар полюсов вентильного электродвигателя, обуславливая уменьшение момента инерции и увеличивая быстродействие. 1 ил.