Вентильный индукторный двигатель (в англоязычной литературе switched reluctance motor – двигатель с переключаемым магнитным сопротивлением) – это индукторная синхронная машина, в которой преобразование энергии осуществляется за счет изменения индуктивностей обмоток, расположенных на явно выраженных зубцах статора, при перемещении относительно них зубчатого магнитопровода ротора. Питание ВИД осуществляется от электронного преобразователя (коммутатора), который поочередно переключает обмотки двигателя в строгом соответствии с перемещением ротора. Для управления электронным преобразователем ВИД используется микропроцессор.
ВИД представляет собой сложную комплексную систему, в которой совместно работают различные по своей физической природе элементы. Для успешного проектирования таких систем необходимы глубокие знания в области механики и конструирования машин, электромеханики, электроники и микропроцессорной техники.
Несмотря на то, что интенсивные работы по изучению и исследованию систем электропривода с ВИД ведутся на протяжении уже двух десятилетий, устоявшейся терминологии для обозначения самого объекта исследования до сих пор нет. В данном учебном пособии используется термин “вентильный индукторный двигатель”.
Перспективность ВИД проявилась в 80-х годах ХХ века благодаря бурному развитию технологий электронной промышленности и, в первую очередь, силовой электроники. Большой качественный скачок в этом направлении позволил промышленности приступить к серийному выпуску новой элементной базы, обладающей высокими показателями по быстродействию и предельным параметрам. Дальнейший прогресс в области информационных технологий и компьютерной техники, наблюдающийся с 90-х годов XX века, окончательно определил место ВИД в ряду современных и перспективных ЭМ для систем электропривода нового поколения, позволил реализовать сложные алгоритмы управления, применить для их создания компьютерные системы автоматизированного проектирования.
Современный ВИД представляет собой электродвигатель, работающий совместно с электронным преобразователем, выполненным по интегральной технологии, и микропроцессором, позволяющим осуществить оптимальное управление двигателем с максимальными показателями качества преобразования энергии.
Однако, как и любое техническое устройство, ВИД имеет и достоинства, и недостатки.
К достоинствам ВИД следует отнести надежность и простоту конструкции, возможность получения как сверхвысоких, так и сверхнизких частот вращения, что, с одной стороны, во многом определяется механической прочностью ротора и отсутствием скользящих контактов, с другой, – электромагнитной редукцией частоты вращения в ВИД и гибкостью системы управления. Как правило, ротор ВИД обладает малым моментом инерции, что позитивно отражается на динамике его работы. Эти двигатели способны функционировать в тяжелых и изменяющихся условиях окружающей среды в диапазоне нагрузок от холостого хода до короткого замыкания. Простая конфигурация магнитной системы и сосредоточенные обмотки, позволяющие упростить обмоточный процесс, делают конструкцию ВИД технологичной и относительно дешевой, а интегральное исполнение элементов системы управления улучшает массогабаритные показатели машины.
ВИД обладают широким диапазоном плавного и экономичного регулирования частоты вращения, хорошими регулировочными и динамическими характеристиками, высокими энергетическими показателями. Наличие системы микропроцессорного управления позволяет применять оптимальные алгоритмы управления двигателем в зависимости от заданного режима, а также осуществлять диагностику состояния всей системы электропривода.
К недостаткам ВИД относят повышенный уровень шумов и вибраций, которые возникают из-за пульсаций вращающего момента и действия радиальных сил магнитного тяжения. Необходимость в датчике положения ротора также считается одним из недостатков ВИД. Можно отметить и повышенные отходы электротехнической стали при штамповке магнитопровода, которые являются следствием явно выраженной двухсторонней зубчатости сердечников. При работе ВИД токи и напряжения в нем изменяются по резко несинусоидальным законам, поэтому для соблюдения требований, предъявляемых к потребителям электроэнергии по излучению в сеть высших гармоник, необходима установка фильтрующих устройств.
Однако следует заметить, что в настоящее время многие из указанных недостатков успешно устраняются: применяются методы косвенного определения положения ротора (бездатчиковое управление), благодаря чему из состава ВИД исключается механический датчик положения, а шумы и вибрации могут быть минимизированы выбором оптимального алгоритма управления и детальным профилированием зубцовой зоны.
В последние годы на базе конструкции ВИД часто проектируют приводы прямого действия (direct drive), т. е. приводы, в которых ЭМ непосредственно встроена в рабочий орган исполнительного механизма с целью максимального сокращения промежуточных кинематических передач, исключения многоступенчатого преобразования энергии и получения высокой компактности устройства. Это позволяет повысить точность режима движения и значительно улучшить энергетические, динамические и массогабаритные показатели механизма.
Простота конструкции, а также особенности принципа действия ВИД создают благоприятную основу для выработки удачных и оригинальных технических решений. Бытовая техника, медицина, добыча и переработка нефти и газа, электроэнергетика, робототехника, станкостроение, электрический транспорт, автомобилестроение, металлургия, аэрокосмическая промышленность – вот далеко не полный список областей, в которых ВИД успешно конкурируют с другими типами электрических машин.
elmech.mpei.ac.ru
Cтраница 3
Задаваясь минимальным значением отношения t / 80 40, получим для максимального числа зубцов ротора, а в случае одно-именнополюсного индукторного двигателя и для числа пар полюсов обмотки статора, следующую формулу: ZrmaK ж 0 04 D0, где D0 Dis / d0 - относительный диаметр расточки статора. [31]
Если магнитная система параметрического шагового двигателя возбуждается постоянным магнитом или обмоткой возбуждения, то двигатель относится к классу активных параметрических или индукторных двигателей. [33]
Другими словами, силовые линии постоянного магнита N-S концентрируются в зубцах ротора и поэтому эти зубцы можно рассматривать как своего рода полюсы постоянного магнита. Индукторные двигатели имеют по сравнению с реактивными повышенный синхронизирующий момент и улучшенные энергетические и динамические свойства, занимая по этим показателям среднее положение между двигателями с активным и реактивным роторами. [34]
По конструктивным схемам, приведенным на рис. 32 и 33, может быть выполнен и индукторный волновой двигатель, который имеет лучшие энергетические показатели работы и развивает больший момент, чем реактивный волновой двигатель. Для индукторного двигателя характерно наличие на сердечнике статора помимо обмотки переменного тока еще и обмотки постоянного тока, с помощью которой в двигателях создается неизменный по направлению магнитный поток. Необходимо при этом отметить, что промежуточная волна силы магнитного притяжения недостаточна по амплитуде для осуществления зацепления. [36]
Серия машин ШДА выпускается также с модифицированной магнитной системой, обеспечивающей наличие у двигателя фиксирующего момента при обесточенном состоянии обмоток. Серия индукторных двигателей в тех же целях снабжается по требованию заказчика встроенным магнитоэлектрическим фиксатором. [37]
Возбуждение может создаваться обмоткой постоянного тока или постоянным магнитом, находящимся на статоре, как и в редуктор-ных двигателях. Однако в шаговых индукторных двигателях постоянная составляющая магнитного поля чаще всего образуется за счет особого способа включения обмоток статора. Например, если питать фазы обмотки возбуждения однополярными импульсами, то за счет постоянной составляющей тока в машине возникает неподвижное в пространстве магнитное поле, намагничивающее ротор. [39]
Структурная схема силовой части ВИП в случае питания его от трехфазной сети переменного тока представлена на рис. 4.15, а. В ее состав входят индукторный двигатель ИД, электронный коммутатор К с выпрямителем В, датчик положения Д / 7ротора двигателя и система управления СУВИП. На рисунке в качестве примера показан трехфазный двигатель, имеющий 6 полюсов статора и 4 зубца на роторе. [41]
Структурная схема силовой части вентилыю-ин-дукторного электропривода в случае питания его от трехфазной сети переменного тока представлена на рис. 55.40, а. В ее состав входят индукторный двигатель ИД, электронный коммутатор К, выпрямитель В, датчик положения ДП ротора двигателя и система управления СУ. [43]
Унифицированные системы выполняются на базе комплектных электроприводов постоянного и переменного токов. Преимущественно применяют электроприводы переменного тока с асинхронными, синхронными и индукторными двигателями. [44]
Такие двигатели питаются от однофазной сети. Для получения малых скоростей ротора иногда применяют асинхронные индукторные двигатели, имеющие трехфазную или двухфазную обмотку на статоре и вторичную однофазную или многофазную обмотку, располагаемую также на статоре. Число пар полюсов этих обмоток выбирается таким образом, чтобы исключить трансформаторную связь между обмотками. Ротор зубчатый, обмоток не имеет и выполняет роль модулятора магнитного поля. Во вторичную обмотку асинхронного индукторного двигателя включается активное сопротивление или емкость. Большинство асинхронных электродвигателей малой мощности выполняется однофазными; они имеют однофазную рабочую обмотку на статоре и короткозамкнутый ротор. [45]
Страницы: 1 2 3 4 5
www.ngpedia.ru
|
1.2. Устройство ВИД
Как было отмечено ранее, ВИД представляет собой электрическую машину, функционально объединенную с системой автоматического управления. Рассмотрим основные элементы, входящие в состав ВИД. На рис. 1.1 изображена функциональная схема трехфазного ВИД, однако принцип ее построения остается неизменным для двигателей с любым числом фаз. Основной элемент ВИД – собственно сам электромеханический преобразователь – индукторный двигатель (ИД). Магнитная система ИД состоит из сердечников статора и ротора, имеющих явно выраженные зубцы. Для уменьшения потерь от вихревых токов сердечники шихтуют. На роторе отсутствуют обмотки, постоянные магниты и какие бы то ни было системы возбуждения. Такой ротор называют пассивным. На зубцах статора размещены сосредоточенные катушки обмотки. В двухполюсном двигателе пара катушек, расположенная на диаметрально противоположных зубцах статора, образует фазу. В магнитном отношении катушки фазы могут быть соединены встречно или согласно, а в электрическом – параллельно или последовательно. В качестве электронного преобразователя, осуществляющего коммутацию катушек ВИД, обычно используется автономный инвертор напряжения, выполненный по несимметричной мостовой схеме (см. рис. 1.1). Такой инвертор отличается универсальностью и надежностью, он позволяет реализовать в двигателе практически любой режим коммутации фаз. В настоящее время в России на импортной элементной базе налажено серийное производство электронных преобразователей, предназначенных специально для управления ВИД. Такой преобразователь представляет собой готовый коммутатор фаз, состоящий из набора компактных интегральных модулей, число которых равно числу фаз двигателя. Отдельный модуль, выполненный по схеме несимметричного моста, помимо силовой части содержит встроенные схемы управления (драйверы) и схемы защиты, а также датчики, позволяющие контролировать значения тока и напряжения в плечах моста. Питание ВИД может осуществляться от источника постоянного тока или от выпрямителя. На входе инвертора устанавливается емкость С, выполняющая функции фильтра и одновременно источника реактивной мощности.
Рис. 1.1. Функциональная схема ВИД
Система автоматического управления ВИД имеет обратную связь поположению ротора, которая реализована с помощью датчика положения ротора (ДПР). ДПР должен точно и четко отслеживать перемещение ротора для того, чтобы коммутатор своевременно переключал фазы двигателя. Поэтому правильный выбор числа импульсов, генерируемых датчиком за один оборот ротора, имеет важное значение. Это число зависит от числа фаз и числа полюсов ВИД. Минимальное число импульсов ограничено тем, что оно должно быть достаточным для правильного определения положения ротора и моментов коммутации фаз. Максимальное число импульсов ограничено производительностью микропроцессорной системы управления, которая должна обработать сигналы от ДПР при максимальной частоте вращения ротора в реальном масштабе времени. Общее управление функционированием ВИД осуществляет микропроцессор – устройство, выполненное по микроэлектронной технологии в виде сверхбольшой интегральной схемы, в состав которой входит арифметико-логическое устройство, осуществляющее вычислительные и вспомогательные операции, и устройство управления. Микропроцессор, предназначенный специально для использования в управляющих устройствах, системах передачи данных, а также для управления технологическими процессами, называется микроконтроллером (МК). Микропроцессор отличается от МК большей универсальностью. В соответствии с функциональной схемой, приведенной на рис. 1.1, сигналы от ДПР передаются в МК через устройство преобразования и согласования, которое служит для приведения сигналов к виду и уровню, необходимому для нормальной работы МК. В МК стекаются данные от ДПР и датчиков тока и напряжения коммутатора. Основная задача МК – собрать все данные и в зависимости от них выработать оптимальный алгоритм коммутации обмоток ВИД согласно программе, заложенной в МК разработчиком системы микропроцессорного управления. Следует отметить, что работа ВИД возможна и с механическим коммутатором (например, коллекторного типа или на герконах) без полупроводникового преобразователя и МК. Но именно применение МК позволяет осуществить оптимальное управление двигателем и значительно повысить его технико-энергетические показатели.
|
1.1 Общие сведения 1.2 Устройство ВИД ✓ 1.3 О принципе действия ВИД 1.4 Основные параметры и характеристики 1.5 Особенности проетирования 1.6 Краткий обзор методов проектирования
|
elmech.mpei.ac.ru
Cтраница 5
Двухобмоточными назовем двигатели, которые имеют по две самостоятельные системы обмоток на статоре и роторе. Двух-обмоточные двигатели являются преимущественно специальными индукторными двигателями. Основными типами здесь являются индукторные двигатели двойного питания, асинхронные индукторные двигатели и синхронные двигатели с радиальным и осевым возбуждением. Первые три типа двигателей имеют одинаковую систему обмоток на статоре. Индукторные двигатели с осевым возбуждением отличаются от предыдущих особым расположением обмотки возбуждения и принципом установления электромагнитной связи с остальными обмотками. [61]
Двигатели этого типа просты в изготовлении, технологичны и дешевы. Они имеют пассивный ферромагнитный ротор без каких-либо обмоток или магнитов. Вместе с тем высокие потребительские свойства таких приводов могут быть обеспечены только при применении мощной микропроцессорной системы управления в сочетании с современной силовой электроникой. Для типовых приводов перспективны индукторные двигатели с самовозбуждением, а для тяговых приводов - индукторные двигатели с независимым возбуждением со стороны статора. В последнем случае система управления строится как система двухзонного регулирования скорости по аналогии с коллекторными приводами постоянного тока. [62]
В 1960 г. Г. И. Штурманом и Н. Н. Левиным [72] была предложена другая разновидность индукторного асинхронного двигателя, образованного на основе индукторного генератора с трехфазными первичными обмотками двойного шага и с однофазной вторичной обмоткой, включенной на конденсатор. Вб всех этих случаях зубчатый ротор обмоток не имеет и играет роль модулятора магнитного поля в воздушном зазоре. В работах Г. Б. Федорова [63], П. Ю. Каасика и Е. Д. Кученкова f34, 35 ] приводятся данные характеристик индукторных асинхронных двигателей в качестве управляемых для автоматических устройств. Сравнение, приведенное в Т, свидетельствует о том, что в одинаковых габаритах индукторные двигатели развивают примерке одинаковые пусковые моменты, с короткозамкнутыми асинхронными управляемыми двигателями. При этом вследствие уменьшения скорости вращения снижается полезная мощность индукторных двигателей, но быстродействие у последних больше. Поэтому, очевидно, индукторные исполнительные двигатели выгодно применять в позиционных следящих системах. [63]
Конструктивно эти двигатели ничем не отличаются от асинхронных индукторных двигателей. Как следует из этого выражения, при небольшой разнице питающих частот можно получить весьма малые скорости вращения. При регулировании частоты питающего напряжения вторичной обмотки легко также обеспечить бесконтактное реверсирование при двухзонном регулировании скорости вращения ротора. Отличительной особенностью индукторного двигателя двойного питания по сравнению с обычным двигателем двойного питания является зависимость его направления вращения не только от направления вращения магнитных полей обмоток, но и от соотношения чисел зубцов статора Zs и ротора Zr. Знак плюс перед выражением скорости вращения указывает на то, что ротор вращается ( при Ш1со2) в сторону вращения поля первичной обмотки. [64]
Такие двигатели питаются от однофазной сети. Для получения малых скоростей ротора иногда применяют асинхронные индукторные двигатели, имеющие трехфазную или двухфазную обмотку на статоре и вторичную однофазную или многофазную обмотку, располагаемую также на статоре. Число пар полюсов этих обмоток выбирается таким образом, чтобы исключить трансформаторную связь между обмотками. Ротор зубчатый, обмоток не имеет и выполняет роль модулятора магнитного поля. Во вторичную обмотку асинхронного индукторного двигателя включается активное сопротивление или емкость. Большинство асинхронных электродвигателей малой мощности выполняется однофазными; они имеют однофазную рабочую обмотку на статоре и короткозамкнутый ротор. [65]
Страницы: 1 2 3 4 5
www.ngpedia.ru
Изобретение относится к области электротехники и касается особенностей конструктивного выполнения электродвигателей постоянного тока, частности - безредукторных коллекторных электродвигателей низкого напряжения, и может быть использовано в различных областях техники, например в качестве мотор-колес в таких транспортных средствах, как электроприводные скутера, мотоциклы, электро-автомобили и т.д. Технический результат, достигаемый настоящим изобретением, состоит в снижении себестоимости электродвигателя, повышении его экономичности, исключении искрения и реактивности, создании условий для свободного инерционного хода и большой скорости вращения электродвигателя при сохранении его надежности и относительной простоты конструкции. Сущность изобретения состоит в том, что индукторный электродвигатель, выполненный в соответствии с настоящим изобретением, содержит обод, на котором с одинаковым шагом располагаются зубцы, выполненные из магнитомягкого материала, круговую раму, несущую четное число подковообразных (П-образных) электромагнитов, расположенных попарно напротив друг друга и имеющих по две катушки с последовательно встречным направлением обмотки, средство подачи на электромагниты электрических импульсов одинаковой полярности. При этом количество зубцов на ободе, равное n, удовлетворяет соотношению: n=10+4k, где k - целое число, принимающее значения 0, 1, 2, 3 и т.д. 2 н. и 12 з.п. ф-лы, 4 ил. 
(56) (продолжение):
DE 2749820 A1, 18.05.1978. EP 1215799 A1, 19.06.2002. WO 2006025444 A1, 09.03.2006.
Изобретение относится к области электродвигателей постоянного тока, в частности безредукторным коллекторным электродвигателям низкого напряжения, и может быть использовано в качестве мотор-колес в транспортных средствах: электроприводных скутерах, мотоциклах, электро-автомобилях и т.д., а также в иных областях техники.
Широкое применение в технике, в том числе и на транспорте, нашли электродвигатели, имеющие ряд преимуществ по сравнению с двигателями внутреннего сгорания, являясь экологически чистыми, надежными и экономичными.
Наиболее перспективными являются безредукторные мотор-колеса, у которых вращение колеса вызывается непосредственно электромагнитным взаимодействием магнитных систем ротора и статора. Известен встроенный электродвигатель (WO 93/08999 А1, 13.05.93), содержащий две основные части: неподвижный статор, закрепленный на оси и имеющий магнитопровод с постоянными магнитами, размещенными равномерно; и подвижный ротор, несущий обод и содержащий, по крайней мере, две группы электромагнитов, а также распределительный коллектор, закрепленный на статоре и имеющий токопроводящие пластины, соединенные с источником постоянного тока. На роторе закреплены токосъемники, имеющие электрический контакт с пластинами распределительного коллектора.
Указанное мотор-колесо имеет различные модификации и варианты исполнения (US 6384496 B1, 07.05.2002; US 6617746 B1, 09.09.2003; RU 2129965 C1, 10.05.1999; RU 2172261 C1, 20.08.2001). К преимуществам такого устройства относятся: отсутствие редуктора, использование низковольтных источников питания, отсутствие дополнительных электронных схем, возможность рекуперации энергии, небольшие габариты и вес. Комбинирование основных элементов мотор-колеса в сочетании с дополнительными устройствами позволяет создавать аналогичные по принципу работы и обладающие указанными преимуществами мотор-колеса.
Однако описанное мотор-колесо и его разновидности имеют ряд недостатков, главный из которых заключается в необходимости больших пусковых и переходных токов при трогании и ускорении транспортного средства. Это приводит к быстрому износу и порче аккумуляторов и ухудшению теплового режима. Другим недостатком является недостаточно эффективное возвращение и использование электроэнергии. Также названные электродвигатели имеют низкий крутящий момент, что существенно ограничивает область их практического использования.
Известные технические решения, направленные на устранение указанных недостатков, связаны с применением высоковольтных источников питания и сложных схем управления, что делает их дорогостоящими и малонадежными в эксплуатации (US 6791226 B1, 14.09.2004; US 6727668 B1, 27.04.2004; US 6355996 B1, 12.03.2002).
Известен также электродвигатель (RU 2285997 С1), содержащий статор с круговым магнитопроводом, на котором закреплено четное количество постоянных магнитов с одинаковым шагом, ротор, отделенный от статора воздушным промежутком и несущий четное число электромагнитов, распределительный коллектор, закрепленный на корпусе статора, токосъемники, установленные с возможностью контакта с пластинами коллектора. К преимуществам такого устройства относятся: возможность рекуперировать электроэнергию, пониженный уровень искрения на токосъемниках, а также реверсивность при сохранении простоты конструкции и улучшении эксплуатационных характеристик.
Настоящее изобретение направлено на снижение себестоимости электродвигателя, повышение его экономичности, исключение искрения и реактивности, создание условий для свободного инерционного хода и большой скорости вращения электродвигателя при сохранении относительной простоты конструкции и надежности.
Индукторный электродвигатель, выполненный в соответствии с настоящим изобретением, содержит:
- обод, на котором с одинаковым шагом располагаются зубцы, выполненные из магнитомягкого материала;
- круговую раму, несущую четное число подковообразных (П-образных) электромагнитов, расположенных попарно напротив друг друга и имеющих по две катушки с последовательно встречным направлением обмотки;
- средство подачи на электромагниты электрических импульсов одинаковой полярности.
Количество зубцов на ободе, равное n, удовлетворяет соотношению:
n=10+4k, где k - целое число, принимающее значения 0, 1, 2, 3 и т.д.
Предпочтительно, чтобы количество электромагнитов, расположенных на круговой раме, удовлетворяло соотношению: m=4+2L, где L - любое целое число, удовлетворяющее условию 0
L k. Наиболее часто используемые соотношения количества зубцов и электромагнитов следующие: n=10, m=8; n=14, m=6; n=18, m=8; n=22, m=10 и т.д. Обмотки катушек смежных электромагнитов соединены последовательно, а выводы обмоток противоположных электромагнитов, не подключенные к средству подачи электрических импульсов, соединены между собой.
Такое соотношение числа электромагнитов и зубцов магнитомягкого материала, их взаиморасположение и используемая схема коммутации электромагнитов обеспечивает резонанс токов, текущих через обмотки диаметрально противоположных электромагнитов, и, как следствие, уменьшает скачки напряжения (электропотребление) при трогании и разгоне электродвигателя и улучшает его динамические характеристики.
В настоящем изобретении может быть использована также любая другая схема соединения обмоток электромагнитов, отвечающая вышеназванным условиям и позволяющая достичь заявленного результата.
Индукторный электродвигатель, в соответствии с настоящим изобретением, может быть выполнен в двух вариантах.
В первом варианте роль средства подачи на электромагниты электрических импульсов выполняет коллектор. В этом случае упомянутый обод с зубцами, выполненными из магнитомягкого материала, расположен на статоре электродвигателя. Ротор, отделенный от статора воздушным промежутком, содержит круговую раму, несущую четное число подковообразных электромагнитов, расположенных попарно напротив друг друга. Коллектор, закрепленный на статоре, имеет расположенные на изоляционной основе токопроводящие пластины, разделенные диэлектрическими промежутками. Токопроводящие пластины соединены с одним полюсом источника постоянного тока. Другой полюс источника постоянного тока соединен с корпусом электродвигателя.
Электродвигатель содержит также токосъемники, установленные с возможностью контакта с пластинами коллектора. Каждый из токосъемников подключен к одноименным выводам: или только к началу каждой обмотки, или только к концу каждой обмотоки соответствующих электромагнитов. Выводы обмоток противоположных электромагнитов, не подключенные к токосъемникам, замкнуты на корпус.
Общее число токопроводящих пластин коллектора равно числу зубцов статора. При этом осевые линии диэлектрических промежутков коллектора ориентированны по осевым линиям зубцов статора. Конструкция выполнения коллектора может быть торцевой или радиальной.
В другом варианте изобретения индукторный электродвигатель выполнен в соответствии с бесколлекторной схемой. В этом случае электродвигатель содержит:
- статор с круговой рамой, несущей четное число подковообразных (П-образных) электромагнитов, расположенных попарно напротив друг друга и имеющих по две катушки с последовательно встречным направлением обмотки;
- ротор, отделенный от статора воздушным промежутком, на роторе расположен обод с зубцами, выполненными из магнитомягкого материала;
- электронную систему управления напряжением, которая генерирует импульсы постоянного тока;
- датчик углового положения ротора, который подает сигнал на электронную схему для запитывания или обесточивания катушек электромагнитов при прохождении мимо них зубцов ротора.
При бесколлекторном варианте исполнения индукторного электродвигателя конструкция электромагнитов и способ их коммутации аналогичен описанному выше.
Датчик положения ротора (ДПР) реализует обратную связь по положению ротора, он выполняет ту же функцию, что и коллектор в двигателе постоянного тока. Его работа может быть основана на разных физических принципах: фотоэлектрическом, индуктивном, на эффекте Холла и т.д. Наибольшую популярность приобрели датчики Холла и фотоэлектрические, поскольку они практически безынерционны и позволяют избавиться от запаздывания в канале обратной связи.
Система управления содержит силовые ключи, часто тиристоры или силовые транзисторы с изолированным затвором. Из них собирается генератор импульсного напряжения. Сигналы датчиков преобразуются управляющим устройством в комбинацию управляющих напряжений, которые управляют силовыми ключами так, что в каждый такт работы электродвигателя включены соответствующие электромагниты. Система управления ключами обычно реализуется на основе использования микроконтроллера.
Вместо электронной схемы и датчика углового положения ротора для своевременной подачи и снятия питания с электромагнитов статора может использоваться поданная по обратной связи информация о противо-ЭДС и RISC-микроконтроллер, либо любой другой способ, позволяющий достичь заявленного результата.
Конструктивно оба варианта электродвигателя могут быть выполнены так, что ротор будет расположен с внешней стороны статора или ротор будет расположен внутри статора.
Отсутствие в конструкции электродвигателя постоянных магнитов снижает конечную стоимость, исключает реактивность и искрение, создает условия для свободного инерционного хода и большой скорости вращения.
Сущность изобретения поясняется следующими чертежами:
на Фиг.1 изображена схема электродвигателя, выполненного в соответствии с настоящим изобретением, у которого статор расположен снаружи ротора;
на Фиг.2 изображена принципиальная электрическая схема электродвигателя;
на Фиг.3 изображена схема электродвигателя, выполненного в соответствии с настоящим изобретением, у которого статор электродвигателя расположен внутри ротора;
на Фиг.4 изображена схема бесколлекторного электродвигателя, выполненного в соответствии с настоящим изобретением, у которого статор расположен внутри ротора.
На Фиг.1 представлен электродвигатель, выполненный в соответствии с настоящим изобретением, который может быть использован в качестве электрического привода в различных областях науки и техники. Электродвигатель содержит обечайку 1, выполняющую роль защитного кожуха. Статор 2 электродвигателя расположен снаружи ротора 3. Статор 2 имеет круговую раму 4, на которой располагается четное количество зубцов 5 из магнитомягкого материала с одинаковым шагом. В данном случае четырнадцать зубцов. Зубцы могут представлять собой металлические пластины (выполненные отдельно из мягкой стали, например марки Э10890), закрепленные в пазах статора 2. Или, как в данном случае, весь статор вместе с зубцами набирается из шихтованных пластин (выполненных, например, из электротехнической стали 2412). Ротор 3 отделен от статора воздушным промежутком и несет четное число электромагнитов 6. В данном случае шесть. Электромагниты расположены попарно напротив друг друга и образуют три пары. Каждый из указанных электромагнитов имеет по две катушки 7 с последовательно встречным направлением обмотки (то есть, если одна из катушек намотана по часовой стрелке, то другая - против часовой). Между собой катушки одного электромагнита соединены последовательно, конец обмотки первой катушки электромагнита соединен с началом обмотки второй катушки электромагнита. На Фиг.1 начало обмотки первой катушки обозначено буквой «Н», конец обмотки второй катушки обозначен буквой «К».
При работе электродвигателя катушки 7 электромагнитов 6 запитываются от источника постоянного тока (не показан) через распределительный коллектор 8 и токосъемники 9. Распределительный коллектор 8 неподвижен относительно статора, а токосъемники 9 связаны с ротором и при его вращении перемещаются относительно токопроводящих пластин 10. Указанные токопроводящие пластины соединены с положительным полюсом источника постоянного тока и разделены диэлектрическими промежутками 11. Количество токопроводящих пластин в коллекторе соответствует числу зубцов статора и в данном случае равно четырнадцати.
Каждый из токосъемников 9 подключен к одноименным выводам обмоток одного из электромагнитов 6. На фиг.1 изображен вариант подключения к началу обмотки первой катушки электромагнита, обозначенной буквой «Н». (Возможен также вариант подключения токосъемников к концу обмотки второй катушки, обозначенной буквой «К», в этом случае двигатель будет вращаться в ту же сторону.) Направление вращения электродвигателя определяется углом опережения между токосъемниками и токопроводящими пластинами коллектора.
Между собой электромагниты 6 соединены по следующей схеме:
обмотки катушек смежных электромагнитов соединены последовательно, то есть вывод обмотки «К» одного электромагнита соединяется с выводом «Н» соседнего электромагнита; а выводы обмоток противоположных электромагнитов, не подключенные к токосъемникам, в данном случае «К», соединены между собой и замкнуты на корпус.
Общее число зубцов на статоре - n, равное четырнадцати, и количество электромагнитов - m, равное шести, удовлетворяют соотношениям:
n=10+4k,
m=4+2L, где k=L=1.
Принцип действия электродвигателя, выполненного в соответствии с настоящим изобретением, основан на силах электромагнитного притяжения, возникающих при взаимодействии электромагнитов 6 ротора и зубцов 5 статора. После прохождения электромагнитом положения, когда его ось расположена между осей зубцов, через токосъемник запитываются катушки электромагнита, таким образом, электромагнит притягивается к последующему зубцу. При прохождении электромагнитом положения напротив оси зубца он обесточен, поскольку токосъемник располагается напротив диэлектрического промежутка. Это положение электромагнит проходит за счет «тяги» других фаз, геометрически сдвинутых относительно друг друга.
Распределительный коллектор 8 подключен к источнику 13 постоянного тока (Фиг.2). Ключ 14 осуществляет общее включение-выключение питания. Кроме того, электрическая схема может включать дополнительные блоки (не показаны) для стабилизации и управления электрическим током. Например, для ускорений и трогания с места может быть использован накопитель-хемотрон, имеющий импульсный разряд большой емкости и высокую надежность.
Число витков в обмотках катушек противоположных электромагнитов может быть различно. Для усиления резонансных явлений предпочтительно, чтобы эта разница составляла величину 1/2p от общего числа витков в одной из катушек, где р=2, 3, 4, 5 и т.д. Например, если суммарное количество витков в катушках одного электромагнита равно 128 и р=5, то суммарное количество витков в катушках диаметрально противоположного электромагнита будет 124. Если р=4, то суммарное количество витков в катушках диаметрально противоположного электромагнита будет равно 120 и т.д.
На Фиг.3 представлен электродвигатель, выполненный в соответствии с настоящим изобретением, который может быть использован как мотор-колесо для различных транспортных средств, например скутер с электроприводом, мотоцикл или электромобиль. Электродвигатель содержит обечайку 14, выполняющую роль защитного кожуха и непосредственно передающую вращение на колесо. Обечайка соединена посредством спиц с ободом колеса (не показано). Статор 15 электродвигателя расположен внутри ротора 16. Статор 15 имеет круговую раму 17, на которой с одинаковым шагом располагается четное количество зубцов 18. В данном случае четырнадцать зубцов. Ротор 16 отделен от статора воздушным промежутком и несет четное число электромагнитов 19. В данном случае шесть. При работе электродвигателя катушки электромагнитов 19 запитываются от источника постоянного тока (не показан) через коллектор 20 и токосъемники 21. Коллектор 20 неподвижен относительно статора, а токосъемники 21 связаны с ротором и при его вращении перемещаются относительно токоведущих пластин 22.
Конструктивное исполнение и принцип действия у этого электродвигателя аналогичен описанному выше.
На Фиг.4 представлен бесколлекторный двигатель, выполненный в соответствии с другим вариантом настоящего изобретения. Электродвигатель содержит обечайку 23, выполняющую роль защитного кожуха. Статор 24 электродвигателя расположен снаружи ротора 25. На статоре 24 с одинаковым шагом располагается четное число электромагнитов 26. В данном случае шесть электромагнитов. Электромагниты расположены попарно напротив друг друга и образуют три пары (фазы). Ротор 25 отделен от статора воздушным промежутком и несет четное число зубцов 27. В данном случае 14. Конструктивно исполнение электромагнитов и схема их коммутации аналогичны описанному выше. Электродвигатель также содержит датчик 29 углового положения ротора, который подает сигнал на электронную схему 28 для запитывания или обесточивания катушек электромагнитов 26 при прохождении мимо них зубцов 27 ротора.
Пример реализации
Электродвигатель, изготовленный в соответствии с настоящим изобретением, демонстрирует высокие эксплутационные характеристики и надежность конструкции.
Электродвигатель имеет 14 зубцов статора (изготовлен из шихтованных пластин, сталь 2412), шесть электромагнитов ротора, обмотка каждой катушки электромагнита содержит 90 витков проводом ПЭТФ диаметром 1,06 мм. При этом электродвигатель обладает следующими параметрами:
габариты - диаметр 250 мм, ширина 100 мм;
вес - 6,5 кг;
напряжение питания - 36 В;
среднее значение тока - 12 А;
крутящий момент - 15 Н/м;
КПД - 77-81%
Данный электродвигатель был установлен в качестве мотор-колеса на скутер с диаметром колеса 14 дюймов. В качестве источника питания были использованы три аккумуляторные батареи по 12 В и емкостью 20 А/ч. Скутер с электрическим приводом на трековых испытаниях показал следующие характеристики:
грузоподъемность - 160 кг;
крейсерская скорость - до 60 км/ч;
длина пробега - до 100 км (при разряде батарей до уровня 10,5 В).
Для электродвигателя, выполненного в соответствии с настоящим изобретением, отсутствие постоянных магнитов ведет к снижению конечной стоимости и улучшению масс-габаритных характеристик; отсутствие необходимости переключения полярности питания повышает экономичность электродвигателя, исключает искрение; отсутствие «залипания» на магнитах создает условия для свободного инерционного хода и большой скорости вращения электродвигателя, а уникальные технические характеристики электродвигателя достигаются также выбором строго определенного соотношения числа взаимодействующих электромагнитов и зубцов, их взаиморасположением и используемой схемой коммутации электромагнитов.
1. Индукторный электродвигатель постоянного тока, содержащий статор, содержащий обод, на котором с одинаковым шагом располагаются зубцы из магнитомягкого материала; ротор, отделенный от статора воздушным промежутком, содержащий круговую раму, несущую четное число подковообразных электромагнитов, расположенных попарно напротив друг друга и имеющих по две катушки с последовательно встречным направлением обмотки; коллектор, закрепленный на корпусе статора, имеющий расположенные на изоляционной основе токопроводящие пластины, соединенные с одним полюсом источника постоянного тока и разделенные диэлектрическими промежутками, другой полюс источника постоянного тока соединен с корпусом электродвигателя; токосъемники, установленные с возможностью контакта с пластинами коллектора, причем каждый из токосъемников подключен к одноименному выводу обмоток соответствующих электромагнитов, где обмотки катушек смежных электромагнитов соединены последовательно, а выводы обмоток противоположных электромагнитов, не подключенные к токосъемникам, соединены между собой и замкнуты на корпус электродвигателя,
при этом количество зубцов статора, равное n, удовлетворяет соотношению n=10+4k, где k - целое число, принимающее значения 0, 1, 2, 3 и т.д.
2. Электродвигатель по п.1, отличающийся тем, что количество электромагнитов ротора m удовлетворяет соотношению m=4+2L, где L - любое целое число, удовлетворяющее условию 0 L k.
3. Электродвигатель по п.1, отличающийся тем, что количество n зубцов статора удовлетворяет условию n
km.
4. Электродвигатель по п.1, отличающийся тем, что осевые линии диэлектрических промежутков коллектора ориентированы по осевым линиям зубцов статора.
5. Электродвигатель по п.1, отличающийся тем, что общее число токопроводящих пластин коллектора равно числу зубцов статора.
6. Электродвигатель по любому из пп.1-5, отличающийся тем, что коллектор является торцевым.
7. Электродвигатель по любому из пп.1-5, отличающийся тем, что коллектор является радиальным.
8. Электродвигатель по п.1, отличающийся тем, что ротор расположен с внешней стороны статора.
9. Электродвигатель по п.1, отличающийся тем, что ротор расположен внутри статора.
10. Индукторный электродвигатель постоянного тока содержащий статор с круговой рамой, несущий четное число подковообразных электромагнитов, расположенных попарно напротив друг друга и имеющих по две катушки с последовательно встречным направлением обмотки; ротор, отделенный от статора воздушным промежутком, содержащий обод, на котором с одинаковым шагом располагаются зубцы, выполненные из магнитомягкого материала;
датчик углового положения, который подает сигнал на электронную схему для запитывания или обесточивания катушек электромагнитов при прохождении мимо них зубцов ротора; электронную схему управления напряжением, где обмотки катушек смежных электромагнитов соединены последовательно, одноименные выводы каждого из электромагнитов подключены к системе управления напряжением, а выводы обмоток противоположных электромагнитов, не подключенные к системе управления напряжением, соединены между собой и замкнуты на корпус электродвигателя, при этом количество зубцов статора, равное n, удовлетворяет соотношению n=10+4k, где k - целое число, принимающее значения 0, 1, 2, 3 и т.д.
11. Электродвигатель по п.10, отличающийся тем, что количество электромагнитов статора m удовлетворяет соотношению
m=4+2L, где L - любое целое число, удовлетворяющее условию 0 L k.
12. Электродвигатель по п.10, отличающийся тем, что количество n зубцов ротора удовлетворяет условию n km.
13. Электродвигатель по любому из пп.10-12, отличающийся тем, что ротор расположен с внешней стороны статора.
14. Электродвигатель по любому из пп.10-12, отличающийся тем, что ротор расположен внутри статора.
www.freepatent.ru
Использование изобретения: относится к электротехнике и может быть использовано в тяговых двигателях электроподвижных транспортных средств. Изобретение позволяет уменьшить потери мощности в магнитопроводе статора и обмотке двигателя и повысить коэффициент его полезного действия. Сущность изобретения: индукторный двигатель состоит из шихтованного зубчатого ротора и статора, содержащего в пазах шихтованного магнитопровода катушки обмотки. В пазах статора с катушками выполнены ферромагнитные выступы, разделяющие их на две части. В образовавшиеся пазы уложены стороны катушек, намотанных из проводящей шины на узкую сторону. Пазовая часть катушки, прилегающая к стенке паза и к воздушному зазору, подрезана. На стенках пазов статора с катушками и боковых поверхностях выступов выполнены углубления, в которые установлены пазовые клинья. 3 з.п.ф-лы, 1 ил.
Изобретение относится к электротехнике, в частности к индукторным двигателям средней и большой мощности и может быть использовано, например, в тяговых двигателях электроподвижных транспортных средств.
Среди тяговых двигателей, применяемых для привода электроподвижного транспорта, наиболее известны конструкции коллекторных двигателей постоянного тока, содержащие обмотку якоря в пазах ротора и обмотку возбуждения на полюсах остова [1] Конструкции этих двигателей трудоемки в изготовлении и отличаются большим расходом медного проводника. Кроме того, наличие щеточно-коллекторного узла увеличивает эксплуатационные расходы и снижает надежность этих двигателей. Указанные недостатки частично устранены в бесколлекторных двигателях: асинхронных и вентильных, у которых отсутствует коллектор, однако эти двигатели также содержат трудоемкие в изготовлении и ненадежные в эксплуатации обмотки на статоре и роторе. Известен индукторный двигатель, выбранный в качестве прототипа, состоящий из ротора в виде зубчатого шихтованного цилиндрического магнитопровода и статора, содержащего фазную обмотку в пазах шихтованного магнитопровода [2] Известный индукторный двигатель имеет безобмоточный ротор, а его статорная обмотка состоит из простых полюсных катушек, что значительно снижает затраты на изготовление двигателя и повышает его эксплуатационную надежность. Недостатком известной конструкции является конструкция ярма, которая имеет в зоне паза с обмоткой длинный и узкий участок. Это обуславливает высокие значения магнитной индукции в указанном участке ярма статора и, как следствие, повышенные потери мощности на его перемагничивание. Кроме того, выполнение катушек обмотки статора из массивных прямоугольных проводников приводит к тому, что силовые линии потока пазового рассеяния входят в плоскость проводников и наводят в них вихревые токи, значительно увеличивающие электрические потери двигателя. Цель изобретения снижение магнитных и электрических потерь в индукторном двигателе и, за счет этого, повышение его коэффициента полезного действия. Цель достигается тем, что в известном индукторном двигателе, состоящем из ротора в виде шихтованного зубчатого магнитопровода и статора, содержащего в пазах шихтованного зубчатого магнитопровода катушки обмотки, согласно данного заявления, в пазу статора с катушками выполнен ферромагнитный выступ, разделяющий его на две части, в которые уложены стороны катушек обмотки. При этом катушки намотаны из плоской проводящей шины на узкую сторону ("на ребро"). Кроме того, пазовая часть катушки, прилегающая к стенке паза статора, подрезана со стороны воздушного зазора. На стенках пазов статора, в которые уложены катушки, и боковых поверхностях ферромагнитных выступов выполнены углубления, в которые установлены клинья, крепящие катушки в пазах. Сопоставительный анализ с прототипом позволяет сделать вывод, что заявляемый индукторный двигатель отличается тем, что в пазу статора с обмотками выполнен ферромагнитный выступ, разделяющий его на две части, в которые уложены стороны катушек обмотки. Таким образом, заявляемое техническое решение соответствует критерию "новизна". Анализ известных технических решений (аналогов) в исследуемой области позволяет сделать вывод об отсутствии в них признаков, сходных с существенными отличительными признаками в заявляемом индукторном двигателе. Выполнение в пазах статора с катушками ферромагнитных выступов позволяет уменьшить магнитную индукцию в наиболее напряженном в магнитном отношении участке ярма и, за счет этого, уменьшить потери мощности на перемагничивание магнитопровода статора. Кроме того, это позволяет направить силовые линии магнитного потока пазового рассеяния так, что они входят теперь в узкую плоскость проводника катушки, намотанной "на ребро", наводя в ней незначительные вихревые токи, не вызывающие существенных электрических потерь. Таким образом снижаются потери мощности в двигателе и происходит достижение поставленной цели. На основании этого можно сделать вывод о соответствии заявляемого технического решения критерию "существенные отличия". Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором представлено поперечное сечение индукторного двигателя. Индукторный двигатель состоит из ротора, содержащего шихтованный магнитопровод в виде зубцов 1, соединенных ярмом 2, и статора, содержащего шихтованный магнитопровод с зубцами 3 и катушки 4 обмотки, охватывающие зубцы 3. Стороны катушек 4 уложены в прямоугольные пазы 5, образованные выступами 6 и зубцами. Катушки 4 намотаны из плоской электропроводящей шины на узкую сторону ("на ребро") так, что широкие стороны проводников катушек 4 параллельны плоскости дна паза 5. На пазовой части катушки 4 в области прилегания ее к стенке паза 5 и к воздушному зазору двигателя, где создается высокая концентрация силовых линий магнитного потока, выполнен подрез 7. На стенках пазов 5 и статора и на боковых поверхностях выступов 6 выполнены углубления 8, в которые установлены клинья 9, крепящие катушки 4 в пазах 5. При работе двигателя на катушки 4 подается импульсное напряжение источника питания. При этом создается рабочий магнитный поток, который проходит по ярму 10, зубцам 3 статора, воздушному зазору, зубцам 1 ротора и замыкается на ярме 2 ротора. Магнитный поток пазового рассеяния статора проходит по ярму 10 и замыкается между стенкой паза 5 и боковой поверхностью выступа 6. Благодаря наличию выступа рабочий магнитный поток ярма частично заходит в него, снижая тем самым магнитную индукцию в ярме и потери мощности на перемагничивание. Кроме того, за счет выступа увеличивается площадь поверхности магнитопровода статора, по которой происходит контакт пазовой части катушек с магнитопроводом. Это улучшает теплоотвод с катушек на статор. Выполнение магнитопровода статора с выступом приводит к тому, что силовые линии магнитного потока пазового рассеяния расположены параллельно широкой стороне шин проводников катушки 4 и наводят в них значительно меньшие вихревые токи. Выступ 6 используется также для установки клина 9, крепящего катушку 4 в пазу 5. Подрез 7 катушки 4 в пазовой части значительно снижает вихревые токи, которые образуются на широкой стороне шин проводников при прохождении рабочего магнитного потока с зубца 1 ротора через воздушный зазор на стенку паза 5. Величина подреза 7 определяется степенью концентрации рабочего магнитного потока в области стенки паза 5, прилегающей к воздушному зазору. Уменьшение вихревых токов, наводимых в проводниках катушек обмотки двигателя, приводит к уменьшению ее нагрева и в конечном итоге к снижению электрических потерь двигателя и повышению его коэффициента полезного действия. Выполнение углублений в стенках пазов обеспечивает надежное крепление катушек в пазу с помощью клина. Таким образом, использование изобретения позволит снизить потери мощности в магнитопроводе статора и в обмотке двигателя и повысить его коэффициент полезного действия.Формула изобретения
1. Индукторный двигатель, состоящий из ротора в виде шихтованного зубчатого магнитопровода и статора, содержащего в пазах шихтованного зубчатого магнитопровода катушки обмотки, отличающийся тем, что в пазу статора с катушками выполнен ферромагнитный выступ, разделяющий его на две части, в которые уложены стороны катушек обмотки. 2. Индукторный двигатель по п.1, отличающийся тем, что пазовая часть катушки, прилегающая к стенке паза и к воздушному зазору, подрезана. 3. Индукторный двигатель по п.1, отличающийся тем, что на стенках пазов статора с катушками и боковых поверхностях выступов выполнены углубления, в которые установлены пазовые клинья. 4. Индукторный двигатель по п.1, или п.2, или п.3, отличающийся тем, что катушки намотаны из проводящей шины на узкую сторону (на "ребро").РИСУНКИ
Рисунок 1Похожие патенты:
Изобретение относится к области электротехники, а точнее к тихоходным синхронным двигателям с электромагнитной редукцией
Изобретение относится к электротехние, а точнее к однофазным синхронным реактивным электрическим машинам для бытовой техники, например, для фенов, пылесосов или вентиляторов
Изобретение относится к синхронным реактивным электрическим машинам (СРМ) торцового исполнения
Изобретение относится к электрическим машинам и может быть использовано, например, в низкоскоростных электроприводах бытового назначения
Изобретение относится к электрическим машинам малой мощности и может быть использовано для создания тихоходных синхронных электроприводов с улучшенными пусковыми и рабочими свойствами
Изобретение относится к электротехнике, а точнее к однофазным электрическим машинам для бытовой техники, например для пылесосов
Изобретение относится к электротехнике, а точнее к электрическим машинам для бытовой техники, например фенов, пылесосов или вентиляторов
Изобретение относится к электромашиностроению, в частности к электрическим машинам постоянного тока с постоянными магнитами, и может быть использовано в электрических двигателях и генераторах постоянного тока
Изобретение относится к электромашиностроению, в частности к электрическим машинам постоянного тока с постоянными магнитами, и может быть использовано в электрических двигателях и генераторах постоянного тока для промышленных роботов и систем автоматики
Изобретение относится к электротехнике, в частности, к автотракторной промышленности и может быть использовано при изготовлении якорей электрических машин в электротехнической промышленности
Изобретение относится к электромашиностроению
Изобретение относится к электрическим машинам и может быть использовано в индукторных машинах
Изобретение относится к электромашиностроению и может быть использовано, например, в асинхронных электродвигателях мощностью от 0,6 до 10 кВт
Изобретение относится к электромашиностроению и может быть использовано при производстве машин переменного тока малой мощности, содержащих статоры из граненых пластин стали малоотходного раскроя, обеспечивающих пониженную технологическую материалоемкость
Изобретение относится к электротехнике
Изобретение относится к вращающимся электрическим машинам и может быть использовано в вентильных электродвигателях с постоянными магнитами на роторе
Изобретение относится к электротехнике, в частности к индукторным двигателям средней и большой мощности и может быть использовано, например, в тяговых двигателях электроподвижных транспортных средств
www.findpatent.ru
Изобретение относится к электротехнике, а именно к электрическим машинам, которые могут быть использованы в качестве электропривода в случае ограничения одного из поперечных размеров двигателя, в частности при работе в системе редуктор - двигатель. Сущность изобретения состоит в том, что в трехфазном индукторном двигателе, содержащем статор с шестью полюсами и размещенными на них фазными обмотками, а также зубчатый безобмоточный ротор, последний согласно изобретению выполнен с шестью зубцами. Изобретение позволяет уменьшить один из поперечных размеров статора и тем самым улучшить компоновочные свойства конструкции двигателя в целом. 4 з.п. ф-лы, 2 ил.
Изобретение относится к электрическим машинам и может быть использовано в качестве электропривода в случае ограничения одного из поперечных размеров двигателя, в частности при работе в системе редуктор-двигатель Известен высокоскоростной индукторный двигатель с равными зубцовыми делениями, содержащий зубчатый ротор без обмоток, статор с фазными полюсами и размещенными на них обмотками. Статор выполнен с симметричной магнитной системой. Число зубцов ротора больше общего числа зубцов на фазных полюсах статора. (Патент США N 4947066, H 02 K 37/04).
Недостатком данной конструкции двигателя является обязательная симметрия магнитной системы, что не позволяет целенаправленно деформировать статор для уменьшения одного из его поперечных размеров. Известен трехфазный индукторный двигатель, имеющий также симметричную магнитную систему и содержащий зубчатый безобмоточный ротор с четырьмя зубцами, статор с шестью полюсами и размещенными на них фазными обмотками. (Патент ФРГ N DE 4008446 A1, H 02 K 3/18). Недостатком двигателя с указанным соотношением зубцов статора и ротора также является обязательная симметрия магнитной системы, что существенно ограничивает возможности уменьшения одного из поперечных размеров двигателя. Предлагаемое изобретение направлено на изменение соотношения зубцов статора и ротора и, в связи с этим, на такое изменение конфигурации статора, которое позволило бы уменьшить один из его поперечных размеров и тем самым улучшить компоновочные свойства конструкции. Решение указанной задачи обеспечивается конструкцией трехфазного индукторного двигателя, содержащего статор с шестью полюсами и размещенными на них фазными обмотками, зубчатый безобмоточный ротор, в котором согласно данного заявления ротор содержит шесть зубцов. Полюса статора разделены на две группы полюсов, соединенные между собой усеченными ярмами. Кроме того, пазы, образованные центральным и смежными полюсами в пределах каждой группы полюсов, выполнены с глубиной в 1,2...2,5 превышающей глубину крайних пазов, образованных крайними полюсами группы и усеченными ярмами, причем обмотка центрального полюса размещена на дне глубокого паза, а обмотка крайнего полюса группы уложена в глубокий паз вторым слоем на обмотку центрального полюса и единственным слоем - в крайний паз. В усеченном ярме с внешней стороны статора может быть выполнено углубление. В дальнейшем изобретение поясняется конкретным примером выполнения со ссылкой на чертежи, на которых показаны: - фиг. 1 - поперечное сечение трехфазного индукторного двигателя; - фиг. 2 - диаграммы магнитных потоков. Трехфазный индукторный двигатель, показанный на фиг. 1, содержит безобмоточный ротор 1 с шестью зубцами 2. Статор двигателя содержит шесть полюсов 3 и 4 с размещенными на них фазными обмотками 5, 6. Полюса объединены в две группы 7 и 8, каждая из которых содержит полюса, оси которых сдвинуты друг относительно друга в пределах группы на 240 электрических градусов. Группы полюсов 7 и 8 объединены в магнитную систему статора ярмами 9 и 10, выполненными усеченными с внешней стороны. Оси смежных полюсов, принадлежащих разным группам, смещены на 240-360 электрических градусов. Одноименные полюса в обеих группах размещены на статоре диаметрально. Фазные обмотки включены так, что намагниченность полюсов одной группы направлена от статора к ротору, а в другой - от ротора к статору. В этом случае магнитные потоки (фиг. 2) фазных полюсов Фа, Фв и Фс, имеющие однонаправленный характер в данном типе двигателя, суммируются в длинных ярмах 9 и 10. При таком включении в результирующем магнитном потоке Ф этих ярм переменная составляющая потока существенно снижается и потери в длинных ярмах оказываются незначительными. Пазы 11 и 12 около центрального полюса 3 выполнены более глубокими, чем крайние пазы 13 и 14. Это позволяет обмотку центрального полюса уложить на дно глубоких пазов 11 и 12, а обмотку крайнего полюса 6 уложить в пазу 11 сверху обмотки центрального полюса 5 вторым слоем. Такая укладка обмотки в данной конструкции позволяет дополнительно уменьшить один из поперечных размеров статора, а именно, размер А. Кроме того, в микромашинах данной конструкции такая обмотка более удобна для укладки, чем обмотки в аналоге и прототипе. В ярме 10 может быть выполнено углубление 15, необходимое при работе двигателя в системе с редуктором в случае малого межосевого расстояния между двигателем и вращающейся частью редуктора. Выступы 16 и 17, являющиеся в магнитном отношении ярмами 9 и 10 и расположенные в непосредственной близости от ротора 1, не будут взаимодействовать с зубцами ротора. Это обусловлено тем, что в каждой группе полюсов имеются одноименные фазные полюса, размещенные диаметрально и включенные согласно. Положительный эффект предполагаемого изобретения достигается за счет того, что число зубцов статора выбрано равным 6, ротора - 6, а ярма, соединяющие одинаковые группы полюсов, выполнены усеченными. Это позволяет существенно снизить допустимое межосевое расстояние между двигателем и вращающейся частью при работе двигателя в связке с редуктором.Формула изобретения
1. Трехфазный индукторный двигатель, содержащий статор с шестью полюсами и размещенными на них фазными обмотками, зубчатый безобмоточный ротор, отличающийся тем, что ротор содержит шесть зубцов. 2. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что полюса разделены на две группы полюсов, соединенные между собой усеченными ярмами, при этом каждая группа полюсов включает центральный и смежные с ним крайние полюса. 3. Двигатель по п. 2, отличающийся тем, что намагниченность полюсов в одной группе направлена от статора к ротору, а в другой - от ротора к статору. 4. Двигатель по п. 3, отличающийся тем, что пазы, образованные центральным и смежными полюсами в пределах каждой группы полюсов, выполнены с глубиной, в 1,2 - 2,5 раза превышающей глубину крайних пазов, образованных крайними полюсами группы и усеченными ярмами, причем обмотка центрального полюса размещена на дне глубокого паза, а обмотка крайнего полюса группы уложена в глубокий паз вторым слоем на обмотку центрального полюса и единственным слоем - в крайний паз. 5. Двигатель по п. 2, или 3, или 4, отличающийся тем, что в усеченном ярме с внешней стороны статора выполнено углубление.РИСУНКИ
Рисунок 1, Рисунок 2www.findpatent.ru
