ОДНОФАЗНЫЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ДВИГАТЕЛЬ Советский патент 1947 года по МПК H02K17/10 

Расщепление фазы пульсирующего магнитного поля посредством экранирования части полюса медными кольцами благодаря крайней простоте такого устройства получило значительное применение в различных электрических приборах, электрических аппаратах и малых однофазных электродвигателях переменного тока.

Но эффект применения этой системы сильно ограничивается крайне малым углом сдвига во времени между потоками в зубцах расщепленного полюса.

Вращающееся магнитное поле в форме сильно растянутого эллипса близко подходит к пульсирующему полю. Как следствие, экранированные асинхронные двигатели в зависимости от размеров имеют к.п.д. от 2 до 8%. К.п.д. синхронных двигателей еще ниже (мотор Уоррена, например, имеет к. п. д. в несколько десятых долей процента).

Механическая характеристика однофазных экранированных двигателей в виде слегка изогнутой дуги не имеет точки опрокидывающего момента. При изменении интенсивности экранирования (сечения колец) или при изменении величины экранированной части полюса (процента экранирования) получаются новые характеристики, близкие к прежним и пересекающие их, т.е. если несколько увеличивается пусковой момент, то понижается число оборотов при малой нагрузке, а если увеличивается число оборотов холостого хода, то уменьшается пусковой момент. Таким образом подбором интенсивности экранирования или процента экранирования нельзя получить общего улучшения характеристики двигателя на всем диапазоне нагрузок.

При невозможности же увеличить мощность двигателя за счет увеличения к.п.д. возникает необходимость увеличения его размеров или изменения типа двигателя, что весьма затруднительно, например, для приборов автоматики.

Целью настоящего изобретения является улучшение формы вращающегося магнитного поля в таких двигателях и значительное повышение к.п.д. и общей мощности на валу без изменения размеров экранированного двигателя.

Для достижения этой цели предлагается в двигателях, имеющих не менее двух короткозамкнутых колец или обмоток на каждом полюсе, выполнять эти обмотки разной (по окружности) ширины и располагать их ступенеобразно так, чтобы обмотка с меньшей шириной по окружности расщепляла часть полюса, экранированную более широкой обмоткой.

Сущность изобретения поясняется фиг. 1-4. На фиг. 1 схематически представлен статор однофазного двигателя с трехступенчатым экранированием согласно изобретению, на фиг. 2 - статор двигателя с несколькими парами полюсов, на фиг. 3 - схема трехступенчатого экранирования (в плане), выполняемого согласно изобретению, на фиг. 4 - пояснительные диаграммы.

В предлагаемом двигателе каждый полюс делится несколькими пазами на ряд частей. Короткозамкнутые медные кольца по числу, равному количеству пазов, охватывают последовательно части одного полюса со ступенчатым отступлением в одном направлении, как это показано на фиг. 1, 2 и 3.

Основной пульсирующий поток в железе статора индуктирует во всех кольцах «вторичный» ток, отрицательно сдвинутый относительно тока главной катушки статора на угол, несколько меньший 180°: α₁=180°-δ₁.

Благодаря этому в зубцах внутри колец создается суммарный поток, отстающий от основного на небольшой угол; этот угол тем больше, чем интенсивнее экранирование, т.е. в зубце Z₁ экранирование сильнее, чем в зубце Z₂, и в первых двух сильнее, чем в зубце Z₃. Но, кроме того, «вторичный» поток, созданный током кольца W₁, должен, в свою очередь, индуктировать в кольце W₂ и в кольце W₃ вторичные токи, сдвинутые относительно тока в кольце W₁ на какой-то угол α₂=180°-δ₂. Это уже вторая ступень экранирования. Угол сдвига суммарного потока в зубце Z₂ увеличивается. То же получается с зубцом Z₃ благодаря третьей ступени экранирования. В результате векторы потоков в четырех зубцах располагаются веером, суммарный сдвиг между потоками в крайних зубцах каждого полюса значительно больше, чем при одноступенчатом экранировании. Все это должно создать более благоприятную форму вращающегося магнитного поля и характеристика двигателя должна повыситься.

Экспериментальная проверка подтвердила правильность изложенных соображений.

На фиг. 4 показаны сравнительные диаграммы скорости n=ƒ (M) и мощности на валу P=ƒ (M) в зависимости от момента M на валу двух одинаковых двигателей типа, показанного на фиг. 1 - кривые n₁ и P₁ - при расположении шести колец в среднем пазу (все кольца охватывают два соседних зубца, что аналогично обычной системе экранирования) и кривые n₂ и P₂ - при трехступенчатом экранировании согласно фиг. 1 - шестью кольцами такого же сечения (W₁=2 кольца, W₂=2 кольца и W₃=2 кольца).

Сопоставление механических характеристик и кривых мощностей указывает на несомненные преимущества системы многоступенчатого экранирования, заключающиеся в следующем:

а) пусковой момент увеличивается на 35-75%;

б) максимальная мощность на валу и максимальный к.п.д. увеличиваются приблизительно в 2,5 раза;

в) скольжение резко уменьшается на всем диапазоне нагрузок.

Обобщенные характеристики двигателей обычной системы экранирования не пересекаются и мало сближаются с характеристиками двигателей предлагаемой системы экранирования, как если бы эти характеристики относились к двигателям разных типов или даже к двигателям, различным по принципу своего устройства.

Однофазный электрический двигатель с расщепленными полюсами и с короткозамкнутыми обмотками или кольцами в количестве не менее двух на каждом полюсе, отличающийся тем, что на каждом из полюсов разные короткозамкнутые обмотки имеют разную ширину и расположены ступенеобразно так, что каждая менее широкая обмотка расщепляет экранированную более широкой обмоткой часть полюса.