ОДНОФАЗНЫЙ ЯВНОПОЛЮСНЫЙ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЬ

ОДНОФАЗНЫЙ ЯВНОПОЛЮСНЫЙ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЬ


RU (11) 2109390 (13) C1

(51) 6 H02K17/10, H02K19/04 

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

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

(21) Заявка: 95105480/09 
(22) Дата подачи заявки: 1996.04.11 
(45) Опубликовано: 1998.04.20 
(56) Список документов, цитированных в отчете о поиске: 1. Справочник по электрическим машинам/ Под ред. И.П.Копылова. Т. II. - М.: Энергоатомиздат, 1989, с.658. 2. SU, авторское свидетельство, 1198671, кл. H 02 K 17/10, 1985. 
(71) Заявитель(и): Чувашский государственный университет 
(72) Автор(ы): Ефименко Е.И.; Пароятников В.М.; Погодин В.Н. 
(73) Патентообладатель(и): Чувашский государственный университет 

(54) ОДНОФАЗНЫЙ ЯВНОПОЛЮСНЫЙ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЬ 

Использование: электродвигатели переменного тока малой мощности (асинхронные и синхронные), предназначенные для питания от однофазной сети. Сущность: электродвигатель имеет статор с сосредоточенной обмоткой в виде катушек, установленных на явно выраженных полюсах, имеющих полюсные наконечники, магнитопровод статора разделен в аксиальном направлении на отдельные пакеты, осевые линии полюсных наконечников у разных пакетов повернуты относительно оси полюсов на разные углы, каждому пакету, у которого ось полюсных наконечников повернута на определенный угол в одном направлении, соответствует пакет той же осевой длины с поворотом оси наконечников на тот же угол в обратном направлении, при наличии среднего пакета оси его полюсов и наконечников совпадают. Технический результат: улучшение пусковых и рабочих характеристик. 3 ил., 2 табл. 


ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ



Изобретение относится к электромашиностроению и может быть использовано при производстве двигателей малой мощности переменного тока, предназначенных для питания от однофазной сети.

Статор двигателей малой мощности с целью упрощения конструкции часто выполняют явнополюсным с сосредоточенными катушками обмотки статора, одеваемыми на полюса или ярмо. При этом уменьшается трудоемкость изготовления двигателей, повышается их технологичность. Для пуска в ход с целью получения вращающегося поля при питании от однофазной сети используется или вспомогательная фаза, в цепь которой включают фазосмещающий элемент (чаще всего конденсатор), или экранирование части пульсирующего потока однофазной обмотки одним или несколькими короткозамкнутыми витками, охватывающими части полюсов статора. Для сдвига экранированного и неэкранированного потоков в пространстве К3-витки располагают с одной стороны полюса так, чтобы их ось не совпадала с осью полюса. Такие двигатели называются двигателями с экранированными полюсами. Они получили широкое распространение с выпускаются серийно [1]. К числу основных недостатков этих двигателей можно отнести большое содержание высших гармоник поля (особенно третьей) и большую степень эллиптичности основной гармоники поля, обусловленную, в частности, малым углом между осями экранированного и неэкранированного потоков. Эти недостатки приводят к ухудшению как пусковых, так и рабочих характеристик двигателя.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению по технической сущности является известный двигатель [2]. Этот двигатель имеет два аксиально смещенных пакета магнитопровода с явно выраженными полюсами, К3-витки установлены только на полюсах одного пакета (охватывая его полностью), а полюсные наконечники полюсов двух пакетов в тангенциальном направлении смещены в разные стороны так, что линии, проходящие посредине между полюсными наконечниками двух пакетов, смещены на угол 90o. При одинаковых аксиальных размерах двух пакетов угол между осями полей основной и экранирующей (К3-витков) обмоток в этом двигателе удается повысить только до 45o (фиг. 1, где B- индукция поля основной обмотки, Bэ - экранирующей).

К недостаткам этого двигателя относится плохое использование магнитной системы и сохранение большого влияния высших гармоник поля, оказывающих отрицательное влияние на характеристики двигателя. Действительно, при одинаковой аксиальной длине двух пакетов статора потоки Ф1 и Ф2 в этих пакетах от основной обмотки статора одинаковы и смещены в пространстве на 90o (фиг. 1, а, где B1 - кривая распределения индукции поля Ф1, В2 - то же для поля Ф2, В - индукция результирующего поля основной обмотки). Как следует из фиг. 1, на половине окружности зазора потоки двух пакетов от основной обмотки компенсируют друг друга (в пределах от 0 до /2 и от до 3/2 , используется только половина окружности ( от /2 до и от 3/2 до 2 ). В кривой результирующего поля сохраняется большое содержание высших пространственных гармоник. То же можно сказать и о поле экранирующей обмотки (фиг. 1, б).

В предлагаемом электродвигателе улучшение пусковых и рабочих характеристик достигается за счет улучшения качества поля (уменьшения содержания высших гармоник и степени эллиптичности поля, последнее - путем увеличения угла между осями экранированного и неэкранированного потоков и усиления поля экранирующей системы).

В электродвигателе переменного тока, содержащем шихтованный магнитопровод статора с сосредоточенной обмоткой в виде катушек, установленных на явно выраженных полюсах с полюсными наконечниками, при этом магнитопровод статора разделен в аксиальном направлении на отдельные пакеты, а пакеты образуют пары, в разных пакетах одной пары радиальные осевые линии полюсных наконечников повернуты в разные стороны относительно оси полюсов на один и тот же угол.

Двигатель может содержать дополнительный пакет, в котором осевые линии полюсных наконечников и полюсов совпадают. На полюсных наконечниках, повернутых в одном и том же направлении, и на наконечниках дополнительного пакета установлены общие короткозамкнутые витки.

Кроме того, для усиления поля экранирующей системы и улучшения его гармонического состава на той части каждого полюса, которая образует общий пакет с полюсными наконечниками, повернутыми относительно оси полюсов на наибольший угол и установленными на них К3-витками, установлен дополнительный К3-виток.

На фиг. 1 представлены кривые распределения магнитного поля вдоль окружности зазора в двигателе-прототипе; на фиг. 2 - эскизы поперечных сечений трех пакетов предлагаемого двигателя, на фиг. 3 - кривые распределения МДС основной и экранирующих обмоток.

Статор предлагаемого двигателя (фиг. 3) имеет магнитопровод, включающий в себя ярмо 1, полюса 2, вокруг которых наматывается основная обмотка 3, и полюсные наконечники 4,5,6. На фиг. 2 предполагается, что магнитопровод разделен в аксиальном направлении на пять пакетов, сечения трех из них показаны на фиг. 2. Средний пакет (фиг. 2, а) имеет полюсные наконечники 4, оси которых совпадает с осью полюсов 2, два других пакета имеют полюсные наконечники 5 и 6, оси которых повернуты по часовой стрелке по отношению к оси d полюсов 2 на углы 1 и 2 соответственно (фиг. 2, б и 2, в). На фиг. 2 не показаны еще два пакета, оси полюсных наконечников которых повернуты против часовой стредлки на уголы 1 и 2 и осевые длины которых равны длинам пакетов фиг. 2, б и 2, в соответственно. Эти пакеты могут быть расположены по другую сторону от среднего пакета фиг. 2, а (симметрично с пакетами фиг. 2, б и 2, в). Полюсные наконечники 4,5,6 пакетов фиг. 2, а, 2, б и 2, в охватываются общими короткозамкнутыми витками 7.

Кроме того, для усиления поля экранирующей системы и улучшения его гармонического состава полюса крайнего пакета фиг. 2, в охватываются дополнительными К3-витками 8. На пакетах, расположенных симметрично с пакетами 2, б и 2, в (по другую сторону от среднего пакета), экранирующая система (короткозамкнутые витки) на полюсных наконечниках и полюсах отсутствует. Это обеспечивает сдвиг в пространстве МДС основной обмотки 3 (фиг. 3, а) и экранирующей системы витков 7 и 8 (фиг. 3, б). Основные гармонии указанных МДС сдвинуты в пространстве на угол . На фиг. 3 МДС обмотки статора и короткозамкнутых витков обозначены теми же номерами, которыми на фиг. 2 обозначены источники этих МДС, при этом 7, а обозначена МДС, создаваемая К3-витками 7 в пакете фиг. 2, а 7, б и 7, в - то же для пакетов фиг. 2, б и 2, в. С точки зрения действия на ротор МДС отдельных пакетов можно складывать с учетом длин пакетов. На фиг. 3 l обозначена общая осевая длина магнитопровода статора, lo - осевая длина среднего пакета, l1 - пакета фиг. 2, б, l2 - пакета фиг. 2, в.

Двигатель работает следующим образом. Однофазная обмотка 3 создает пульсирующее магнитное поле. В таком поле, как известно, двигатель не развивает пускового момента. Для создания вращающегося поля и получения пускового момента и используется несимметричное экранирование части пульсирующего поля, которая сцепляется с короткозамкнутыми витками 7 и 8 ("экранируется" ими). Образующиеся в К3-витками токи создают собственное пульсирующее поле, сдвинутое в пространстве (для чего К3-витки и располагают на полюсных наконечниках несимметрично, только с одной стороны каждого наконечника) и во времени по отношению к основному полю. В результате образуется вращающееся магнитное поле, двигатель развивает пусковой момент и приходит во вращение.

Высшие пространственные гармонии поля (в первую очередь - третья и пятая) создают провалы в кривой момента от скорости вращения, что при увеличении мощности двигателя приводит к застреванию ротора на скоростях, близких к одной пятой или одной третьей от синхронной. Кроме того, в рабочем режиме высшие гармоники поля создают тормозные моменты, что уменьшает выходную мощность двигателя и его КПД.

Амплитуду произвольной -й гармоники любой кривой можно характеризовать специальным коэффициентом ее формы. Например, для кривой МДС коэффициент формы кривой по -й гармонике



где Fm - амплитуда кривой (фиг. 3).

В двигателе-прототипе как кривая поля основной обмотки (фиг. 1, а), так и кривая поля экранирующей обмотки (фиг. 1, б) имеют высокое удельное содержание высших гармоник. По случайному совпадению модули коэффициентов формы кривой для обоих полей одинаковы для всех гармоник:

, но для каждого поля эти коэффициенты имеют свои значения. При этом для кривой фиг. 1, а



а для кривой фиг. 1, б

kf = 1

Основное достоинство предлагаемого двигателя по сравнению с аналогами и прототипом заключается в улучшении формы полей, уменьшении доли высших пространственных гармоник. Из фиг. 3, а видно, что МДС сосредоточенной обмотки 3 предлагаемого двигателя с точки зрения действия на ротор эквивалентно ступенчатой кривой, характерной для распределенной по пазам обмотки. При этом если у обычных электрических машин с распределенной обмоткой в силу технологических и конструктивных требований расстояния между ступенями кривой и величины этих ступеней одинаковы, то в предлагаемом двигателе существуют дополнительные возможности регулирования кривой за счет подбора соотношений между углами поворота полюсных наконечников, осевых длин различных пакетов и выбора числа пакетов.

Коэффициент формы кривой МДС основной обмотки статора в многопакетном двигателе по произвольной -й гармонике



Для выбранного в качестве примера пятипакетного двигателя (фиг. 3, а), в котором 1 = 30o, 2 = 60o, lo/l=0,25, l1/l = 0,208, д2/l=0,167

Kf1=0,778; Kf3=0,084; Kf5=0,056.

Как видим, в этом примере практически уничтожены 3-я и 5-я гармоники поля. У обычного однопакетного двигателя, поперечное сечение которого совпадает с фиг. 2, а, коэффициенты формы кривой поля основной обмотки статора по всем гармоникам близким к единице. Можно подобрать варианты (например, графическим путем), которые обеспечивают большее , чем в примере значение основной гармоники МДС. Например, при lo/l=0,35; lo/l=0,2, l2/l=0,125, 1 = 37,5o, 2 = 64,5o

Kf1=0,86; Kf3=0,045; Kf5=0,152,

т. е. амплитуда поля 1-й гармоники увеличена на 10% по сравнению с примером фиг. 3, а.

Существенно улучшается в предлагаемом электродвигателе и кривая поля экранирующей системы (фиг. 3,б), оно усиливается по величине, за счет чего улучшается качество общего статора (уменьшается степень его эллиптичности). У обычного двигателя (фиг. 2,а) поле экранирующей системы существует только в пределах от угла до /2 (фиг. 3,б); оно подобно полю 7, а, показанному на фиг. 3, б пунктиром. Коэффициенты формы этого поля по 1-й и 3-й гармоникам Kf1=0,422; Kf3=0,965.

В предлагаемом двигателе поле экранирующей системы складывается из полей 7, а, 7, б, 7, в и 8 и имеет показанный на фиг. 3, б ступенчатый характер распределения. Для кривой этого поля Kf1=0,66; Kf3=0,25, т.е. удельный вес 1-й гармоники увеличен более чем в 1,5 раза, а 3-й - снижен почти в 4 раза. Кроме того, угол между 1-ми гармониками полей основной и экранирующей обмоток повышен с 65 до 75o.

С уменьшением мощности двигателя, когда требования к удельному содержанию высших гармоник понижаются, достаточные результаты могут быть получены при трехпакетной конструкции, когда кроме среднего пакета выполняются еще два симметрично расположенных пакета с углом поворота полюсных наконечников на угол в разные стороны, а также при двухпакетной конструкции (средний пакет отсутствует). Кривая МДС основной обмотки будет при этом иметь меньшее число ступеней, однако и при этом вполне можно выполнить такие, например, требования: уменьшить третью и пятую гармонику не менее чем втрое при уменьшении основной гармоники не более чем на 10% (трехпакетный двигатель) или уменьшить не менее чем втрое оказывающую наиболее отрицательное влияние третью гармонику при уменьшении первой гармоники не более чем на 10% (двухпакетный двигатель).

Для примера приводим некоторые варианты (табл. 1,2).

При прочих равных условиях нужно стремиться к увеличению угла , так как это приводит к увеличению угла между осями основного и экранирующего поля статора.

В предлагаемом двигателе кроме всего прочего обеспечивается достаточно равномерная проводимость для полей ротора, что также способствует улучшению характеристик двигателя. 


ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ



1. Однофазный явнополюсный электродвигатель, содержащий шихтованный магнитопровод статора с сосредоточенной обмоткой в виде катушек, установленных на явновыраженных полюсах с полюсными наконечниками, при этом магнитопровод статора разделен в аксиальном направлении на отдельные пакеты, отличающийся тем, что пакеты образуют пары, в разных пакетах одной пары радиальные осевые линии полюсных наконечников повернуты в разные стороны относительно оси полюсов на один и тот же угол.

2. Двигатель по п. 1, отличающийся тем, что статор содержит дополнительный пакет, в котором осевые линии полюсных наконечников и полюсов совпадают.

3. Двигатель по п. 2, отличающийся тем, что на полюсных наконечниках, повернутых в одном и том же направлении, и на наконечниках дополнительного пакета установлены общие короткозамкнутые витки.

4. Двигатель по п.3, отличающийся тем, что на той части каждого полюса, которая образует общий пакет с полюсными наконечниками, повернутыми относительно оси полюсов на наибольший угол и на которых установлены КЗ-витки, установлен дополнительный короткозамкнутый виток.




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