ИМПУЛЬСНЫЙ ГИСТЕРЕЗИСНЫЙ МИКРОЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЬ

ИМПУЛЬСНЫЙ ГИСТЕРЕЗИСНЫЙ МИКРОЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЬ


RU (11) 2027286 (13) C1

(51) 6 H02K19/08 

(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ 
Статус: по данным на 20.11.2007 - прекратил действие 

--------------------------------------------------------------------------------

(21) Заявка: 4802662/07 
(22) Дата подачи заявки: 1990.03.15 
(45) Опубликовано: 1995.01.20 
(56) Список документов, цитированных в отчете о поиске: 1. Делекторский Б.А., Тарасов В.Н. Управляемый гистерезисный привод. М.: Энергоатомиздат, 1983, с.67-68. 2. Авторское свидетельство СССР N 599315, кл. H 02K 19/08, 1978. 
(71) Заявитель(и): Научно-исследовательский институт приборостроения 
(72) Автор(ы): Захаров А.А.; Никаноров В.Б. 
(73) Патентообладатель(и): Захаров Александр Александрович 

(54) ИМПУЛЬСНЫЙ ГИСТЕРЕЗИСНЫЙ МИКРОЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЬ 

Использование: в электротехнике, в электрических машинах, в приборостроении, устройствах автоматики. Сущность изобретения: импульсный гистерезисный микроэлектродвигатель содержит статор 1 с магнитопроводом 2, обмоткой 3 возбуждения, обмоткой 4 управления, потоковыравнивающей втулкой 5 и ротор 8. Пазы обмотки возбуждения расположены диаметрально противоположно пазам обмотки управления. Потоковыравнивающая втулка размещена концентрично ротору с зазором и имеет выступы 6. Соотношение толщины стенки 7 втулки и стенки выступа втулки составляет 0,2 - 0,5. Протяженность стенки 7 втулки составляет 90 - 120 эл.град. Количество выступов втулки равно числу полюсов двигателя. Ротор выполнен из гистерезисного материала. 2 ил. 


ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ



Изобретение относится к электрическим машинам, в частности к гистерезисным электродвигателям с импульсным питанием, и может быть использовано в приборостроении для устройств автоматики.

Известны гистерезисные электродвигатели с вращающимся полем, в которых применяется потоковыравнивающая втулка [1]. Они содержат статор с m-фазной обмоткой, подключаемой к источнику m-фазного тока, и ротор из гистерезисного материала. На статоре над ротором закреплена потоковыравнивающая втулка, представляющая собой металлический магнитомягкий тонкостенный полый цилиндр, способствующий увеличению момента вращения двигателя. В аппаратуре систем управления и регулирования эти двигатели выполняются в миниатюрном исполнении. При этом применяют диаметральные сосредоточенные фазные обмотки (статор имеет по одному пазу с обмоткой на полюс и фазу, т.е. q = 1).

Недостатком таких двигателей является пониженный уровень двигательного момента из-за неиспользования третьей пространственной гармоники намагничивающей силы (НС) обмотки каждой фазы.

Известен также импульсный гистерезисный электродвигатель [2], который принят за прототип. Он содержит статор с магнитопроводом и обмотками возбуждения и управления и ротор из гистерезисного материала. Магнитопровод статора выполнен из двух частей, на одной из которых, выполненной в виде кольца с двумя отверстиями, установлена обмотка возбуждения, а на другой, выполненной в виде скобы с полюсными наконечниками, установлена обмотка управления, причем полюсные наконечники скобы установлены по оси обмотки возбуждения. Малогабаритное исполнение двигателя обуславливает уменьшение количества пазов обмотки возбуждения до двух на пару полюсов и изготовление этой обмотки в виде диаметральной сосредоточенной. Обмотку возбуждения подключают к источнику постоянного тока, а обмотку управления - к источнику однополярных узких импульсов. При подаче этих импульсов тока ротор перемагничивается так, что ось его остаточной намагниченности поворачивается по телу ротора в одну сторону к оси обмотки управления (к оси полюсных наконечников). В паузах между узкими импульсами обмотка возбуждения взаимодействует с намагниченным ротором, в результате чего ротор поворачивается в другую сторону так, чтобы совместить ось остаточной намагниченности с осью обмотки возбуждения.

Недостаток данного электродвигателя в малогабаритном исполнении заключается в наличии пульсационных гистерезисных потерь мощности из-за зубчатости статора, а также в пониженном вращающем моменте из-за неиспользования третьей гармоники НС обмотки возбуждения, что обуславливает недостаточно высокий КПД.

Цель изобретения - повышение КПД.

Цель достигается тем, что в импульсном гистерезисном микроэлектродвигателе, содержащем статор с магнитопроводом, обмоткой управления и обмоткой возбуждения и ротор из гистерезисного материала, диаметрально противоположно пазам обмотки возбуждения выполнены пазы, в которых размещена обмотка управления, а концентрично ротору с зазором относительно него установлена потоковыравнивающая втулка с выступами, наружная поверхность которых примыкает к внутренней поверхности статора в зоне расположения пазов обмотки управления, причем соотношение толщины стенки втулки и стенки выступа втулки составляет 0,2-0,5, протяженность стенок втулки в зоне отсутствия выступов составляет 90-120 эл.град., а количество выступов втулки равно числу полюсов двигателя.

Благодаря потоковыравнивающей втулке воздушный зазор над ротором оказывается постоянным и пульсаций напряженности (сопровождающихся гистерезисными потерями) в элементах ротора при его повороте практически не происходит. Кроме того, увеличивается момент двигателя в связи с увеличением в зазоре первой пространственной гармоники магнитной индукции из-за (возникающей в результате насыщения втулки) неравномерной по углу проводимости для третьей гармоники НС обмотки возбуждения.

На фиг. 1 изображен импульсный гистерезисный микроэлектродвигатель; на фиг. 2 приведены зависимости параметров микроэлектродвигателя по углу расточки статора, где F - распределение НС обмотки возбуждения, F1 - первая пространственная гармоника НС, F3 - третья пространственная гармоника НС, 1 - распределение проводимости для первой гармоники НС, B - распределение проводимости для высших гармоник НС, В1 - распределение индукции от действия первой гармоники НС, В3 - распределение индукции от действия третьей гармоники НС, В1доп - распределение дополнительной первой гармоники индукции от действия третьей гармоники НС.

Импульсный гистерезисный микроэлектродвигатель (фиг. 1) содержит статор 1, имеющий магнитопровод 2 из магнитомягкого материала, диаметральную сосредоточенную обмотку 3 возбуждения (число пазов обмотки возбуждения на полюс равно единице), обмотку 4 управления, размещенную в пазах, диаметрально (ортогонально) противоположных пазам обмотки 3 возбуждения, и потоковыравнивающую втулку 5. Потоковыравнивающая втулка выполняется из материала с невысокой индукцией насыщения и большой начальной проницаемостью (например, из пермаллоя) и представляет собой полый цилиндр, гладкий изнутри, имеющий два внешних выступа 6 (расположенные под пазами обмотки 4 управления) и две тонкие стенки 7. Выступы 6 вплотную прилегают к зубцам магнитопровода 2. Толщина стенок 7 выбирается минимально возможной из расчета обеспечения механической жесткости конструкции, причем стенка 7 имеет магнитное насыщение при величине НС возбуждения, равной 0,7...0,9 от номинальной.

Стенки выступов 6 насыщаются при действии НС управления величиной 0,7.. . 0,9 от номинальной НС управления, так что соотношение толщины стенки 7 втулки и стенки выступа 6 приблизительно равно отношению НС возбуждения к НС управления, что реально составляет 0,2...0,5. Количество выступов 6 (а также тонких стенок 7) - К равно числу полюсов двигателя 2Р (на фиг. 1 2Р = 2 и К = 2). Протяженность стенок 7 (в зоне отсутствия выступов) составляет 90...120 эл. град.

Внутри втулки 5 концентрично ее внутреннему диаметру и соосно зубцам магнитопровода 2 располагается ротор 8, выполненный из гистерезисного материала.

Обмотку 3 возбуждения подключают к источнику постоянного тока, а обмотку 4 управления - к источнику однополярных узких импульсов (источники на фигурах не показаны).

После подачи питания на обмотки статора 1 и прохождения узкого импульса тока в обмотке 4 управления гистрезисный ротор 8 намагничивается так, что ось его намагничивания занимает некоторое промежуточное положение между осями НС обмоток 3 и 4 ближе к оси обмотки 4 управления. Возникает вращающий момент, поворачивающий (в паузе между импульсами) ротор до совмещения осей его остаточной намагниченности и НС обмотки 3 возбуждения. Повторный импульс тока обмотки 4 управления вновь перемагничивает ротор, ось его намагниченности смещается в первоначальное положение, и вновь наступает рабочий цикл поворота, и т.д.

Во время действия узкого импульса на ротор 8 действует отрицательный момент, стремящийся повернуть его в противоположную основному повороту сторону (до совмещения оси намагниченности ротора с осью результирующей НС двух обмоток). Однако время действия импульса тока мало по сравнению с временем рабочего цикла, и средний момент практически равен моменту рабочего цикла.

По сравнению с прототипом в предложенном микроэлектродвигателе потоковыравнивающая втулка 5 обеспечивает более равномерную по углу проводимость зазора (для первой пространственной гармоники потока возбуждения), что обеспечивает снижение гистерезисных потерь в роторе в рабочем цикле. Кроме того, благодаря выступам 6 втулки 5 проявляется эффект увеличения момента рабочего цикла. Для рассмотрения этого явления обратимся к фиг. 1. Основная часть потока возбуждения (его первой пространственной гармоники) проходит через стенки втулки 5 в зазор и гистерезисный ротор (на фиг. 1 путь этого потока обозначен пунктиром 9). Другая, незначительная, часть потока возбуждения замыкается вдоль тонкой стенки 7 втулки 5 (путь этого потока рассеяния обозначен пунктиром 10), не попадая в зазор. Участки втулки 5, по которым проходит поток рассеяния, насыщаются этим потоком. Насыщенные участки (вдоль стенок 7) втулки для потоков от высших гармоник НС возбуждения представляют большое магнитное сопротивление, а ненасыщенные участки (вдоль стенок с выступами 6) - малое сопротивление. Поэтому потоки от высших гармоник шунтируются ненасыщенными участками и вблизи этих участков в зазор не проходят. В местах с насыщением проводимость от магнитопровода к ротору наибольшая. Этим условиям проводимости отвечает фиг. 2 б, в.

На фиг. 2б изображено распределение проводимости от статора к ротору по углу для первой гармоники НС - 1(), на фиг. 2в - распределение проводимости для высших гармоник НС - b().

На фиг. 2а показано распределение НС обмотки возбуждения по углу - F( ). Эту НС F( ) можно разложить в ряд Фурье по нечетным гармоникам: F1( ), F3( ), F5( )... На фиг. 2а выделены первая F1( ) и третья F3( ) пространственные гармоники НС возбуждения.

Приближенно считая магнитную проницаемость статора и ротора равной бесконечности, имеют функцию распределения индукции в зазоре в рабочем цикле В( ) = F1( ) 1()+[F3()+F5()+ F7()+...]b()=B1()+B3()+

+ B5()+B7()+...+Bn()+..., где В1( ) = F1( ) 1() = F1макс coso = =B1макс cos - основная гармоническая составляющая индукции;

Bn() = Fn()в() = (-1 cosn в()=

= (-1 cos n - - n-я негармоническая составляющая индукции, где n = 3, 5, 7...

При рассмотрении первых двух членов В1( ) и В3( ) видно, что из получившегося несинусоидального распределения В3() можно выделить первую В1доп и высшие пространственные гармоники индукции (на фиг. 2 не показаны).

Таким образом, дополнительно выделенная первая пространственная гармоника (В1доп) складывается с первой основной гармоникой (В1), увеличивая действующую в зазоре магнитную индукцию и соответственно полезный момент по сравнению с прототипом.

Наибольшее значение этого прироста момента может быть получено, когда угол между выступами 6, соответствующий протяженности стенки 7 (угол насыщенного участка нас втулки под пазами обмотки возбуждения равен 120о). В этом случае

B1 доп макс= B3() cos d = - 

cos 3 cosd = B1 макс= 0,137 B1 макс и прирост момента составит соответственно 14%.

Подобного эффекта в двигателях с вращающимся полем и потоковыравнивающей втулкой не наблюдается в связи с тем, что зоны насыщения втулки вращаются синхронно с первой гармоникой индукции и проводимость для высших гармоник НС становится зависимой от времени и частоты вращения поля.

Таким образом, приведенная конструкция импульсного гистерезисного микроэлектродвигателя, включающая потоковыравнивающую втулку с выступами по числу полюсов, позволяет снизить пульсационные гистерезисные потери и увеличить момент, что дает увеличение КПД. 


ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ



ИМПУЛЬСНЫЙ ГИСТЕРЕЗИСНЫЙ МИКРОЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЬ, содержащий статор с магнитопроводом и обмотками возбуждения и управления и ротор из гистерезисного материала, отличающийся тем, что, с целью повышения КПД, диаметрально противоположно пазам обмотки возбуждения выполнены пазы, в которых размещена обмотка управления, а концентрично ротору с зазором относительно него установлена потоковыравнивающая втулка с выступами, наружная поверхность которых примыкает к внутренней поверхности статора в зоне расположения пазов обмотки управления, причем отношение толщины стенки втулки к толщине стенки выступа втулки составляет 0,2 - 0,5, протяженность стенок втулки в зоне отсутствия выступов составляет 90 - 120 эл.град., а количество выступов втулки равно числу полюсов двигателя.




ПРОЧИТАТЬ НУЖНО ВСЕМ !
Судьба пионерских изобретений и научных разработок, которым нет и не будет аналогов на планете еще лет сорок, разве что у инопланетян



Независимый научно технический портал
Электроника и электротехника




СОВЕРШЕННО БЕСПЛАТНО!
Вам нужна ПОЛНАЯ ВЕРСИЯ данного патента? Сообщите об этом администрации портала. В сообщении обязательно укажите ссылку на данную страницу.


ПОИСК ИНФОРМАЦИИ В БАЗЕ ДАННЫХ


Режим поиска:"и" "или"

Инструкция. Ключевые слова в поле ввода разделяются пробелом или запятой. Регистр не имеет значения.

Режим поиска "И" означает, что будут найдены только те страници, где встречается каждое из ключевых слов. При использовании режима "или" результатом поиска будут все страници, где встречается хотя бы одно ключевое слово.

В любом режиме знак "+" перед ключевым словом означает, что данное ключевое слово должно присутствовать в найденных файлах. Если вы хотите исключить какое-либо слово из поиска, поставьте перед ним знак "-". Например: "+автомобильная -сигнализация".

Поиск выдает все данные, где встречается введенное Вами слово. Например, при запросе "датчик" будут найдены слова "датчик", "датчики" и другие. Восклицательный знак после ключевого слова означает, что будут найдены только слова точно соответствующие запросу ("датчик!").


Металлоискатели и металлодетекторы | Электронные устройства охраны и сигнализации | Электронные устройства систем связи | Приемные и передающие антенны | Электротехнические и радиотехнические контрольно-измерительные приборы и способы электроизмерений | Электронные устройства пуска, управления и защиты электродвигателей постоянного и переменного тока | Электродвигатели постоянного и переменного тока | Магниты и электромагниты | Кабельно-проводниковые и сверхпроводниковые изделия


Рейтинг@Mail.ru