Вентильный индукторный двигатель

 

Изобретение относится к области электротехники, а именно к электрическим машинам и может быть использовано в высокомоментных электроприводах. Сущность изобретения состоит в следующем. Вентильный индукторный двигатель, содержащий ротор 1 с зубцами 2 и статор 3 с полюсами 4-15, на внутренней поверхности которых расположено z_s элементарных зубцов 16. Зубцовые деления статора 3 и ротора t_z выполнены одинаковыми. Расстояние между осями соседних зубцов, принадлежащих соседним полюсам, равно (k±1/2m)t_z (k=1, 2 ...), в большие пазы между полюсами уложена m-фазная обмотка 17 двигателя, а в пазы между элементарными зубцами соседних 2mq (q=1, 2 ... p) полюсов уложены катушки m-фазного датчика 18 по одной на каждой половине полюса. Катушки соединены друг с другом определенным образом и составляют катушечные группы, которые образуют ветви. Ветви с катушечными группами на полюсах с порядковыми номерами, различающимися на m, соединены последовательно "конец с концом", а в точках соединения выполнены выводы m-фазного выхода датчика 18. Начала m ветвей, являющиеся началами катушечных групп, расположенных на полюсах с четными и нечетными номерами, соединены вместе, а в точках соединения выполнены выводы однофазного входа датчика 18. При этом согласно изобретению статор 3 двигателя выполнен из 2-х пакетов различной длины, а обмотка датчика 18 расположена на пакете меньшей длины. Данный вентильный индукторный двигатель имеет лучшие энергетические характеристики и меньший уровень пульсации скорости вращения из-за меньшего уровня пульсации момента. 3 ил.

Изобретение относится к области электрических машин и может быть использовано в высокомоментных электроприводах.

Известен вентильный индукторный двигатель, содержащий зубчатый ротор и статор с зубцами, в пазы между которыми уложена m-фазная обмотка двигателя и катушки m-фазного датчика положения, собранные в фазах в последовательные ветви, каждая ветвь образована катушками, смещенными вдоль расточки на угол 360 эл. град, соединенными между собой конец с концом, начало с началом (авт.св. N 1464264, кл. H 02 K 29/06, 1986).

Недостатком известного двигателя является ограниченная область применения вследствие низких точностных показателей датчика положения.

Известен также вентильный индуктивный двигатель (авт.св. N 1739446, кл. H 02 K 29/06, 1992), содержащий зубчатый ротор и статор с 2mp (p=2, 3, 4.) полюсами, на внутренней поверхности которых расположено по z_s элементарных зубцов, причем зубцовые деления t_z статора и ротора выполнены одинаковыми, а расстояние между осями соседних элементарных зубцов, принадлежащих соседним полюсам равно (k±1/2m)t_z(k=1, 2, 3.), в большие пазы между полюсами уложена m-фазная обмотка, а в пазы между элементарными зубцами 2mq (q=1, 2, p) полюсов уложены катушки m-фазного датчика, охватывающие зубцы по всей длине пакета статора, по одной на каждой половине полюса, катушки, расположенные на одном полюсе, соединены последовательно и согласно конец с концом и образуют катушечную группу, катушечные группы, расположенные на полюсах с порядковыми номерами, различающимися на 2m, считая по часовой стрелке вдоль расточки статора соединены последовательно конец с началом и образуют ветви, ветви с катушечными группами, расположенными на полюсах с порядковыми номерами, различающимися на m, соединены последовательно конец с концом и в точках соединения выполнены выводы m-фазного выхода датчика, а начала m ветвей, являющихся началами катушечных групп, расположенных на полюсах с четными и нечетными номерами, соединены вместе и в точках соединения выполнены выводы однофазного входа датчика.

Данный вентильный индукторный двигатель является наиболее близким к предлагаемому изобретению и является прототипом.

Недостатком такого двигателя является низкая точность датчика положения, что приводит к ухудшению энергетических показателей вентильного двигателя, повышению уровня пульсаций момента и, следовательно, скорости вращения.

Анализ приведенного уровня техники свидетельствует о целесообразности создания вентильного индукторного двигателя, имеющего лучшие энергетические показатели, меньший уровень пульсаций момента и скорости вращения. Это достигается тем, что в известном вентильном индукторном двигателе, содержащем зубчатый ротор и статор с 2mp (p=2, 3, 4.) полюсами, на внутренней поверхности которых расположено по z_s элементарных зубцов, причем зубцовые деления t_z статора и ротора выполнены одинаковыми, а расстояние между осями соседних элементарных зубцов, принадлежащих соседним полюсам равно (k±1/2m) (k=1, 2, 3), в большие пазы между полюсами уложена m-фазная обмотка, а в пазы между элементарными зубцами 2mq (q=1, 2, p) полюсов уложены катушки m-фазного датчика по одной на каждой половине полюса, катушки, расположенные на одном полюсе соединены последовательно и согласно конец с концом и образуют катушечную группу, катушечные группы, расположенные на полюсах с порядковыми номерами, различающимися на 2m, считая по часовой стрелке вдоль расточки статора соединены последовательно конец с началом и образуют ветви, ветви с катушечными группами, расположенными на полюсах с порядковыми номерами, различающимися на m соединены последовательно конец с концом и в точках соединения выполнены выводы m-фазного выхода датчика, а начала m ветвей, являющихся началами катушечных групп, расположенных на полюсах с четными номерами соединены вместе и в точках соединения выполнены выводы однофазного входа датчика, статор выполнен из 2-х пакетов различной длины, а обмотка датчика расположена в пазах между зубцами на пакете меньшей длины.

На фиг.1 показан поперечный разрез предлагаемого двигателя; на фиг.2 то же, продольный разрез; на фиг.3 схема соединения обмотки датчика.

Двигатель (фиг.1) состоит из ротора 1 с зубцами 2 и статора 3 с полюсами 4-15, на внутренней поверхности которых выполнены зубцы 16. Зубцовые деления t_z статора и ротора одинаковые, расстояние между осями соседних зубцов, принадлежащих разным полюсам статора, равно (1+ 1/2m)t_z (k=1). В большие пазы между полюсами уложена m-фазная обмотка 17. Статор 3 (фиг.2) выполнен из 2-х пакетов различной длины. Обмотка двигателя 17 охватывает оба пакета, а m-фазная обмотка датчика 18 уложена только в пазы между зубцами 16 на пакете меньшей длины. Пакеты разделены дистанционным кольцом 19. На одном полюсе расположено по 2 катушки датчика так, что каждая катушка охватывает половину полюса. Две катушки датчика, расположенные на одном полюсе, соединенные последовательно согласно конец с концом, образуют катушечные группы 20-31 (фиг.3). Катушечные группы 20-31 с номерами, отличающимися на 2m=6, например 20, 26; 21, 27 и т.д. соединены последовательно конец с началом и образуют ветви. На фиг.1 принято, что катушечная группа 20 уложена на полюсе 4, катушечная группа 21 на полюсе 5 и т.д. Ветви с катушечными группами, имеющими номера, отличающиеся на m=3, например 20, 26 и 23, 29, соединены последовательно конец с концом и в точках соединения ветвей выполнены выводы трехфазного выхода A, B, C. Начала m=3 ветвей с нечетными номерами, т.е. с катушечными группами 29, 31, 21 соединены вместе и в точке соединения выполнен первый вывод однофазного входа, оставшиеся начала m=3 ветвей с катушечными группами 20, 22, 24 также соединены вместе и в точке их соединения выполнен второй вывод однофазного входа (фиг.3).

Двигатель работает следующим образом. При подаче напряжения высокой частоты ω на однофазный вход датчика по ветвям, образованным катушечными группами 20-31, протекают токи. Благодаря сдвигу осей зубцов на соседних полюсах t_z/2m, общее индуктивное сопротивление 2-х последовательно включенных ветвей, например, состоящих из катушечных групп 20, 26 и 23, 29, остается неизменным, но потенциал фазы A меняется в зависимости от положения ротора, т. к. при увеличении индуктивного сопротивления ветви 20, 26 до максимального значения, индуктивное сопротивление катушечных групп 23, 29 снижается до минимально возможного значения. В результате, при вращении ротора с частотой w_p потенциал фазы A будет меняться по закону U_A=U_msinωt·sinZ₂ω_pt где Z₂ число зубцов ротора, а потенциалы фаз B и C окажутся сдвинутыми относительно U_A на угол ±120 эл.град. Меняющиеся от положения ротора U_A, U_B, U_C используются для коммутации m-фазной обмотки двигателя 17.

В сравнении с прототипом предлагаемый вентильный двигатель имеет более высокие энергетические показатели, меньший уровень пульсаций момента и скорости вращения. Это объясняется следующим. При идеальном исполнении магнитопровода, схема включения катушек датчика в пределах полюса компенсирует влияние магнитных полей обмотки двигателя и полностью устраняет трансформаторную связь обмоток датчика и двигателя как в прототипе, так и в предлагаемом вентильном двигателе. Однако неточности изготовления (например, асимметрия полюсов, отклонение по шагу зубцов в пределах полюса и т.д.) способствует появлению трансформаторной связи и является, в конечном счете, причиной ухудшения точностных показателей датчика. Последнее означает, что коммутация токов в обмотках двигателя будет происходить с отклонениями от требуемых законов управления и, в свою очередь, приведет к снижению момента, ухудшению энергетических показателей и колебаниям частоты вращения.

В отличие от прототипа, в предлагаемом вентильном двигателе обмотки датчика размещаются не по всей длине машины, а на одном из пакетов меньшей длины. Поэтому если принять, что напряжение питания и ток в фазе двигателя, а также входное напряжение и ток датчика в предлагаемом вентильном двигателе и в прототипе неизменны, то уменьшение активной длины витка произвольно взятой катушки датчика ведет к снижению ее трансформаторной связи с обмотками двигателя в раз (l общая длина 2-х пакетов статора, l_п длина пакета, на котором размещены обмотки датчика). Уменьшение трансформаторной связи между отдельно взятой катушкой датчика и обмотками двигателя приводит к уменьшению трансформаторной связи между всеми обмотками датчика и двигателя (обусловленной неточностями изготовления). Следовательно, при прочих равных условиях датчик в предлагаемом вентильном двигателе точнее, а это, как отмечалось выше, приводит к повышению энергетических показателей, увеличению момента и снижению пульсаций скорости.

Формула изобретения

Вентильный индукторный двигатель, содержащий зубчатый ротор и статор с 2mP (P 2, 3, 4,) полюсами, на внутренней поверхности которых расположено по Z_s элементарных зубцов, причем зубцовые деления статора и ротора t_z выполнены одинаковыми, а расстояние между осями соседних зубцов, принадлежащих соседним полюсам, равно (K ± 1/2 m) (K 1, 2,), в большие пазы между полюсами уложена m-фазная обмотка двигателя, а в пазы между элементарными зубцами соседних 2mq (q 1, 2, P) полюсов уложены катушки m-фазного датчика по одной на каждой половине полюса, катушки, расположенные на одном полюсе, соединены последовательно и согласно конец с концом и образуют катушечную группу, катушечные группы, расположенные на полюсах с порядковыми номерами, различающимися на 2m, считая по часовой стрелке вдоль расточки статора, соединены последовательно конец с началом и образуют ветви, ветви с катушечными группами, расположенными на полюсах с порядковыми номерами, различающимися на m, соединены последовательно конец с концом, и в точках соединения выполнены выводы m-фазного выхода датчика, а начала m ветвей, являющиеся началами катушечных групп, расположенных на полюсах с четными и нечетными номерами, соединены вместе, и в точках соединения выполнены выводы однофазного входа датчика, отличающийся тем, что статор двигателя выполнен из двух пакетов различной длины, а обмотка датчика расположена на пакете меньшей длины.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3