Синхронный электродвигатель Советский патент 1981 года по МПК H02K19/10 

Изобретение относится к электрическим машинам, а именно к синхронным электродвигателям с переменным магнитным сопротивлением и может най ти применение в различных отраслях народного хозяйства, в частности в приводе электрических исполнительных механизмов (ЭИМ) как с постоянной скоростью перемещения выходного орга на ЭИМ, так и двухскоростных ЭИМ. Известны синхронные электродвигатели , содержащие зубчатый ротор и зубчатый статор с индукционными обмотками , например синхронный редукторный электродвигатель реактивного типа, с рещиальным и осевым возбуждением. Скорость вращения ротора электродвигателей с осевым или радиальным возбуждением определяется по формуле 60 f 22 -zr f - частота сети; Z .Z, - число зубцов статора, ро тора; Р - число пар полюсов обмотк статора. Скорость вращения ротора синхронных редукторных электродвигателей ре активного типа определяется из следующего выражения: z-Z, ±2р. Из°приведенных формул видно что,, скорость синхронных редукторных электродвигателей с радиальным- и осевым возбуждением, а также реактивного типа зависит от частоты питчйицей сети н изменение их скорости вращения возможно только посредством регулирования частоты источника питания flj. Однако для того чтобы получить из электродвигателя с радиальным или осевым возбуждением электродвигатель реактивного типа .(т.е. со скоростью в два раза большей), необходимо изменить количество полюсов обмотки статора и количество зубцов ротора. Таким образом, в редукторных электродвигателях с осевым или радиальным возбуждением изменить скорость вращения ротора посредством введения простого устройства не представляется возможным. Известны синхронные электродвигатели с двойной редукцией скорости, содержащие зубчатый статор с индукционными обмоткслта и два зубчатых

:ротора, расположенных коаксиально в расточке статора, причем каждый ротор имеет свою скорость вращения. ЭлектрО двигатель может.иметь как электромагнитное, так и магнитоэлектрическое осевое или радиальное возбуждение 2.

Недостатком таких электродвигателей является то, что для сопряжения выходных валов электродвигателя с валом привода требуется дополнительное механическое переключающее устройство способное попеременно передавать с одного из двух выходных валов электродвигателя, что усложняет конструкцию электропривода в целом.

Известен также синхронный электродвигатель, содержащий ротор с зубцами статор с полюсами, иа внутренней поверхности которых выполнены зубцы с многофазными обмотками. Фазы содержат параллельные ветви, каждая из которых выполнена из отдельных катушек, соединенных между собой и с вентилем, парг1ллельные ветви фаз расположены под углом 27Г/ п где п - любое целое число З ,

Однако вторую скорость вргицения в электродвигателе можно получить только за счет источника питания с регулируемой частотой, кроме того, в нем имеет место наличие большого количества вентилей, усложнянхцее конструкцию.

Цель изобретения - распгарение функ циональных возможностей, а именно получение второй скорости вращения и уменьшение количества вентилей.

Поставленная цель достигается тем, что катушки параллельной ветви одной фазы; расположены на двух соседних полксах и включены встречно, каждые две параллельные ветви фазы подключе-ны к сети череэ вентиль, параллельно которому включен ключ, а количество зубцов ротора г 2. количество зубцов статора Z связаны соотношением

Z2 - 2 + пНа фиг. 1 представлена электрическая схема двенадцатиполюсного электродвигателя в трехфазном исполнении, обмотки электродвигателя соединены в звезду. При переключении скорости электродвигатель по этой схеме меняет и направление вращения; на фиг. 2 - электрическая схема подключения электродвигателя к сети для случая, когда электродвигатель сохраняет направление вращения ротора при переключении скорости; на фиг, 3 - временная диаграмма работы электродвигателя при разомкнутых ключах; на фиг. 4 - временная диаграмма работы электродвигателя при замкнутых ключах.

Электродвигатель содержит статор 1 с полюсами 2-13, гр ебенчатой форлш, число зубцов на гребенке (не показаны) может быть равно единице и более.

На каждом полюсе 2-13 расположены катушки 14 - 25. Ротор 26 выполнен

с радиальными зубцами 27 - 40. В параллельных ветвях катушек 14-25 одной фазы расположены на двух соседних полюсах 2 - 13 и включены встречно. Магнитный поток, создаваемый ими замыкается только по своим полюсам 2 13. Параллельная ветвь этой же фазы расположена на диаметрально противоположных полюсах 2-13. Ветви одной фазы включены параллельно и подсоединены к сети через вентиль 41, параллельно которому включен ключ.

Работает электродвигатель следующим образом.

При разомкнутых, ключах в момент 15 включения в сеть t (фиг.З) взаимное положение зубцов статора 1 и ротора .26 следующее. Зубцы 39, 40, 32 и 33 ротора 26 расположены симметрично по отношению к полюсам 12, 13, 6 и 7 статора 1, соответственно зубцы 27, 28, 34 и 35 ротора 26 сдвинуты по отношению к полюсам 2,3, 8 и 9 статора 1 на 1/3 зубцового деления, зубцы 29, 30, 36 и 37 ротора 26 сдвинуты по отношению к полюсам 4, 5, 10 и 11 статора 1 на 2/3 зубцового деления и т. д. Итак, в момент времени tn поток, создаваемый катушками 24 и

25замыкаются по соответствующим полюсам 2-13 статору 1,воздушнь1М зазорам, зубцам 39 и 40 ротора 26 и ротору 26. Аналогично проходит поток, создаваемый катушками 18 и 19. За счет разности проводимостей под полюсами 12(6) и 13(7)создается тангенциальная составляющая силы, поворачивающая ротор 26 в такое положение, когда проводимости под полюсами 12 и 13 (6 и 7) выравниваются.

В момент времени t ток протекает по катушкам 14, 15 и 20, 21 и поток, создаваемый ими, замыкается По соответствующим полюсам 2,3 и 8,9 и зубцам 27, 28 и 34, 35 ротора 26. Электромагнитные силы поворачивают ротор

26в такое положение, когда проводимости под полюсами 2-13 выравниваются. В момент времени t .электрическое состояние катушек 14,15 и 20, 21 не изменяются. В результате от момента времени t, до t Ротор 26 поворачивается на 1/3 зубцового деления.

Аналогично за время tg - t ротор 26 поворачивается еще на 1/3 зубцово го деления. Как видно из временной диаграммы, (фиг. 3) за один период сетового напряжения ротор 26 электродвигателя поворачивается на одно зубцовоеделение.

При замкнутых ключах (фиг. 2) в момент включения электродвигателя в сеть to .(фиг. 4) напряжение подается на катушки двух фаз 22, 23, (16, 17) и 24, 25 (18, 19) Действующая в зазоре суммарная магнитодвижущая сила создает тангенциальную силу, которая поворачивает ротор 26 в такое положение, при котором проводимость под полюсали 10, 11 (4, 5) и 12, 13 (6, 7) выравнивается. В момент времени напряжение подается на катушки 14, (20, 21) и 16, 17 (22, 23).Суммарная магнитодвижущая сила создает тангенциальное усилие, поворачивающее ротор 26 в такое положение, при котором проводимости под полюсами 2, 3 (В, 9) и 4, 5 {10, 11/ выравнивается, т.е. ротор 26 за промежуток времени 1д - t .поворачивается на 1/3 зубцового деления. В момент времени t напряжение подается на обАютки 14, 15 (20, 21) и 24, 25 (18, 19), и также как и в момент времени t ротор 26/ поворачиваясь на 1/3 эубцового деления, занимает новое положение равно весия. Ангшогично в момент времени t, t4, ty, t ротор 26 каждый раз поворачивается на 1/3 зубцового деления. Из временной диаграммы следует (фиг. 4), что за один период сетевого напряжения ротор 26 электродвигателя поворачивается на два зубцовых деления, т.е. вращается с двойной скоростью. Таким образом, в предлагаемом злектрожвигателе вторая скорость вращения получена путем простой электрической ком тации и по сравнению с известным в схеме уменьшено вдвое количество вентилей. .. V ДУУУЛ «irr Xfl о . К} . I 2fг$ L yTL/LO/S KK/- rv y J Х Формула изобретения Синхронный электродвигатель, содержащий ротор с зубцами, статор с полюсами, на внутренней поверхности которых выполнены зубцы и многофазными обмотками, фазы содержат параллельные ветвл, каждая из которых выполнена из отдельных катушек, соединенных между собой и с вентилем, параллельные ветви фаз расположены под глом , где п - любое целое число, отличающийся тем, что, с целью расширения функциональных воз1«эжно.стей, а именно получения бт-зроК скорости вращения и уменьшения количества вентилей, катушки параллельной ветви одной фазы расположены на двух соседних полюсах и включены встречно каждые две параллельные ветви фазы подключены к сети через вентиль, парашлельно которому включен ключ, а количество зубцов ротора количество зубцов статора Z, связаны соотношением . Ис точники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Никроэлектродвигатели для систем автоматики. Справочник под ред. Лодочникова Э.А. и др. М., Энергия, 1969, с. 177 - 184. 2.Каасик П.Ю. Тихоходные безре-дукторные микрозлектродвигатели. Л., Энергия, 1974, с.19. 3.Патент Франции 9 2272519, кл. Н 02 К 19/24, 1975.

,,U LJ |aj LJ2yU|(U LJj2U33U

Ротор в момент, бремени ta

-t U l LJ LJ WJ U - Potnop 8pet ieHut,ti

j;u;;u;u;;u;uj4 u;u u;4

Po-mop в момент времени tj, ttt

38 -j5 w-r7 - z - 5 - jg y - г л Ц --jg-jyРотор 6 момент времени ty, ts Фие.З LJ3ffUj6Uj7UJ8L tf