Электрическая редукторная машина с полюсным зубчатым индуктором
Изобретение относится к области электротехники и в частности - к низкооборотным высокомоментным электрическим двигателям, электроприводам и генераторам, касается особенностей конструктивного исполнения электрических машин с электромагнитной редукцией и может быть использовано в системах автоматики, в качестве мотор-колес, мотор-барабанов, стартер-генераторов, электроусилителей руля, прямых приводов в бытовой технике, электроприводов бетоносмесителей, грузоподъемных механизмов, ленточных транспортеров, насосов для перекачки жидкостей, механизмов с высокими моментами на валу и низкими частотами его вращения, а также в качестве ветрогенераторов, гидрогенераторов, высокочастотных электрических генераторов и синхронных генераторов преобразователей частоты. Предлагаемая электрическая редукторная машина с полюсным зубчатым индуктором содержит статор, сердечник якоря которого набран из изолированных листов электротехнической стали с высокой магнитной проницаемостью и имеет явно выраженные полюса, на внутренней поверхности которых выполнены элементарные зубцы, катушечную m-фазную обмотку якоря, каждая катушка которой размещена на соответствующем явно выраженном полюсе якоря по одной на каждом полюсе, и ротор, содержащий индуктор с симметрично распределенными по цилиндрической поверхности зубчатыми полюсами с одинаковым числом элементарных зубцов на каждом полюсе. На полюсах индуктора сосредоточена катушечная обмотка возбуждения индуктора, каждая катушка которой размещена на соответствующем полюсе индуктора по одной на полюсе, катушки обмотки возбуждения индуктора соединены между собой согласно в магнитном отношении, электрическая связь обмотки возбуждения индуктора с источником напряжения осуществляется через щетки и контактные кольца щеточно-контактного узла. При этом выполняются определенные соотношения между числом полюсов якоря, числом элементарных зубцов на полюсе якоря, числом полюсов якоря в фазе, общим числом зубцов якоря, числом полюсов индуктора, общим числом зубцов индуктора, числом элементарных зубцов на полюсе индуктора и числом фаз m-фазной обмотки якоря электрической редукторной машины с полюсным зубчатым индуктором. Технический результат, достигаемый при использовании данного изобретения, состоит в обеспечении высоких энергетических и эксплуатационных показателей, большого удельного вращающего момента на валу и высокой электромагнитной редукции частоты вращения в режиме электрического двигателя, а также большой удельной мощности при высоких частотах ЭДС в режиме электрического генератора. 14 з.п. ф-лы, 11 ил., 1 табл.
Изобретение относится к электротехнике, в частности к низкооборотным высокомоментным электрическим двигателям, электроприводам и генераторам, касается конструктивного исполнения электрических машин с электромагнитной редукцией и может быть использовано в системах автоматики, в качестве мотор-колес, мотор-барабанов, стартер-генераторов, электроусилителей руля, прямых приводов в бытовой технике (электромясорубки, электросоковыжималки, стиральные машины и пр.), электроприводов бетоносмесителей, грузоподъемных механизмов, ленточных транспортеров, насосов для перекачки жидкостей, тяговых электрических двигателей, механизмов с высокими моментами на валу и низкими частотами вращения вала, а также, в качестве ветрогенераторов, гидрогенераторов, высокочастотных электрических генераторов и синхронных преобразователей частоты.
Известны конструкции синхронных машин с трехфазной обмоткой якоря и обмоткой возбуждения индуктора (Иванов-Смоленский А.В. Электрические машины: Учебник для вузов. - М.: Энергия, 1980. Стр.490-513). Якорь выполняется неявнополюсным, несущим трехфазную распределенную разноименнополюсную p-периодную обмотку, индуктор выполняется явнополюсным или неявнополюсным, несущим разноименнополюсную p-периодную обмотку возбуждения. Электрическая связь с источником питания осуществляется непосредственно и при помощи щеточно-контактного узла. Наибольшее распространение получили синхронные машины, у которых обмотка якоря подключается к нагрузке (в режиме генератора) или к источнику трехфазного напряжения (в режиме двигателя) непосредственно, а обмотка возбуждения индуктора соединена с контактными кольцами и подключается к постоянному источнику напряжения через скользящие контакты при помощи щеток. Синхронные машины малой мощности могут изготавливаться и в обращенном исполнении, когда электрический контакт с обмоткой возбуждения осуществляется непосредственно, а с обмоткой якоря - через щеточно-контактный узел. Недостатком этих электрических машин является сложность выполнения распределенной обмотки якоря. Применение в этих машинах распределенной обмотки якоря снижает их надежность по сравнению с катушечной сосредоточенной обмоткой якоря. Кроме этого синхронные машины данного класса в режиме двигателя имеют малые пусковые моменты, и для пуска их в ход применяют специальные меры.
Известна индукторная электрическая машина (патент RU, 2009599 С1, МПК 5 Н02К 19/06, Н02К 19/24, авторы Жуловян В.В.; Новокрещенов О.И.; Шаншуров Г.А.), содержащая явнополюсный с числом полюсов Z0 зубчатый статор с многофазной катушечной обмоткой, каждая катушка которой размещена на одном полюсе статора, безобмоточный ферромагнитный зубчатый ротор и преобразователь, к которому подключена обмотка статора, статор и ротор выполнены с четными и не равными друг другу числами зубцов и каждая фаза обмотки выполнена из р встречно включенных катушек, размещенных со сдвигом на двойное полюсное деление 2·τ, где р - число четное, 2·τ=Z0/p.
Известен синхронный редукторный двигатель (патент RU, 2054220 С1, МПК 6 Н02К 37/00, Н02К 19/06, авторы Шевченко А.Ф.; Калужский Д.Л.), содержащий ротор с Zp зубцами и статор с 4·р полюсами (р=1, 2, 3,…), на внутренней поверхности которых выполнены элементарные зубцы по Zs зубцов на каждом полюсе, причем Zr=4·p·(Zs+К)±р (где К=0, 1, 2,… - целое число), в большие пазы между полюсами уложены катушки однофазной обмотки по одной на каждом полюсе, катушки, расположенные на одноименных полюсах с номерами, различающимися на 4, соединены последовательно "конец" с "началом" и образуют четыре ветви, "конец" первой ветви, образованной 1, 5,…, 1+4·(р-1) катушками, соединен с "началом" третьей ветви, образованной 3, 7,…, 3+4·(р-1) катушками, и точка соединения этих ветвей подключена к первому выводу обмотки, "конец" второй ветви, образованной 2, 6,…, 2+4·(р-1) катушками, соединен с "началом" четвертой ветви, образованной 4, 8,…, 4+4·(р-1) катушками, и точка соединения этих ветвей через последовательно включенный конденсатор также подключена к первому выводу, а ко второму выводу подключены два диода таким образом, что с анодом первого из них соединены первая и четвертая ветви, а с катодом второго диода - вторая и третья ветви.
Недостатком описанной индукторной электрической машины и синхронного редукторного двигателя являются невысокие энергетические показатели. Кроме этого указанные технические устройства чаще всего выполняют с малыми воздушными зазорами, что затрудняет их изготовление при массовом (серийном) производстве.
Известен принятый за прототип синхронный электродвигатель (патент RU, 2059994 С1, МПК 6 Н02К 19/12, автор Шевченко А.Ф.), содержащий статор с явно выраженными полюсами, на которых расположена m-фазная обмотка, выполненная в виде катушек, расположенных в 2·m·k равных чередующихся зонах по одной катушке на полюс, где k=1, 2, 3,…, а в каждой фазной зоне размещены n катушек, где n=2, 3, 4,…, принадлежащих одной фазе, катушки в фазных зонах, расположенные на соседних полюсах, соединены встречно, катушки в фазных зонах, расположенные через 180°/k при n - нечетном, соединены согласно, при n - четном, соединены встречно, а числа полюсов статора и ротора отличаются на 2·k, и активный ротор с чередующейся полярностью полюсов, Недостатком описанного синхронного электродвигателя является отличие числа полюсов статора и ротора только на 2-k, что уменьшает возможные применения данного устройства. Кроме того, прототип имеет меньший по сравнению с заявляемым изобретением удельный (отнесенный к массе активных материалов) момент на валу.
Целью настоящего изобретения является создание новой, технологичной, надежной в эксплуатации, высокоремонтопригодной конструкции электрической редукторной машины с полюсным зубчатым индуктором.
Задачей настоящего изобретения является оптимальный выбор числа явно выраженных зубчатых полюсов якоря и числа явно выраженных зубчатых полюсов индуктора, числа явно выраженных зубчатых полюсов якоря в фазе, общего числа зубцов якоря и общего числа зубцов индуктора, числа элементарных зубцов на явно выраженном зубчатом полюсе якоря и числа элементарных зубцов на явно выраженном зубчатом полюсе индуктора при выполнении сосредоточенной на явно выраженных зубчатых полюсах якоря m-фазной катушечной обмотки якоря и индуктора с электромагнитным возбуждением, осуществляемым от источника постоянного (выпрямленного) напряжения через щетки и контактные кольца щеточно-контактного узла электрической редукторной машины с полюсным зубчатым индуктором.
Техническим результатом настоящего изобретения является получение высоких энергетических показателей и большого удельного вращающего момента на валу при высокой электромагнитной редукции частоты вращения в режиме электрического двигателя и при большой удельной мощности и высокой электромагнитной редукции частоты ЭДС в режиме электрического генератора и высоких эксплуатационных характеристик электрической редукторной машины с полюсным зубчатым индуктором.
С целью достижения задачи и технического результата изобретения статор содержит шихтованный сердечник якоря с явно выраженными полюсами, на внутренней поверхности которых выполнены элементарные зубцы, катушечную m-фазную обмотку якоря, каждая катушка которой размещена на соответствующем полюсе якоря по одной на полюсе, ротор содержит индуктор с симметрично расположенными по цилиндрической поверхности явно выраженными зубчатыми полюсами с одинаковым числом элементарных зубцов на каждом полюсе, на полюсах индуктора сосредоточена катушечная обмотка возбуждения индуктора, каждая катушка которой размещена на соответствующем полюсе индуктора по одной на полюсе, катушки обмотки возбуждения индуктора соединены между собой согласно в магнитном отношении, и при протекании по ним постоянного (выпрямленного) электрического тока полюса индуктора образуют чередующуюся полярность магнитных полюсов, при этом все элементарные зубцы, расположенные на соответствующем полюсе индуктора, образуют в радиальном направлении в сторону воздушного зазора элементарные магнитные полюса с той же полярностью, что и соответствующий полюс индуктора. Электрическая связь обмотки возбуждения индуктора с источником напряжения осуществляется через щетки и контактные кольца щеточно-контактного узла.
При применении электрической редукторной машины с полюсным зубчатым индуктором в качестве синхронного электрического двигателя питание обмотки якоря осуществляется:
- от m-фазного источника переменного напряжения постоянной частоты,
- от m-фазного источника переменного напряжения регулируемой частоты,
- от однофазного источника переменного напряжения при помощи фазосдвигающего элемента,
- от источника постоянного напряжения посредством управляемого инвертора, подающего синусоидальное напряжение на фазы обмотки якоря в зависимости от показаний датчика углового положения ротора для достижения максимального вращающего момента.
При применении электрической редукторной машины с полюсным зубчатым индуктором в качестве двигателя постоянного тока питание обмотки якоря осуществляется прямоугольными импульсами напряжения от электронного коммутатора по определенному алгоритму в зависимости от показаний датчика углового положения ротора для достижения максимального вращающего момента.
Обмотка возбуждения индуктора электрической редукторной машины с полюсным зубчатым индуктором может подключаться через контактные кольца и щетки к независимому источнику постоянного (выпрямленного) напряжения или к выходу m-фазного диодного моста, входные концы которого подключены к выходным концам фаз m-фазной обмотки якоря.
Электрическая редукторная машина с полюсным зубчатым индуктором может также работать в качестве синхронного m-фазного генератора синусоидальной ЭДС и в качестве синхронного m-фазного генератора переменной ЭДС прямоугольной формы без постоянной составляющей. На форму кривой ЭДС влияют соотношения между шириной коронок элементарных зубцов якоря и индуктора и зубцовых делений полюсов якоря и индуктора.
В настоящем изобретении индуктор является ротором, а якорь - статором. Возможны исполнения электрической редукторной машины с полюсным зубчатым индуктором с внешним якорем и внутренним индуктором, с внутренним якорем и внешним индуктором.
Сущность изобретения поясняется чертежами:
фиг.1 - общий вид электрической редукторной машины с полюсным зубчатым индуктором с внешним якорем и внутренним индуктором,
фиг.2÷11 - примеры реализации изобретения в виде поперечных разрезов электрической редукторной машины с активным полюсным зубчатым индуктором, схем соединений катушек m-фазных обмоток якоря и включение m-фазных обмоток якоря на источники напряжений с различным числом фаз и диаграмм фазных токов якоря (МДС).
В соответствии с настоящим изобретением для получения наилучших энергетических показателей при максимальном удельном моменте на валу электрической редукторной машины с полюсным зубчатым индуктором число полюсов якоря Z1P, число элементарных зубцов на полюсе якоря Z1s, число фаз m-фазной обмотки якоря m=3, 4, 5, 6,…, число полюсов якоря в фазе Z1m=1, 2, 3, 4,…, общее число зубцов якоря Z1, число полюсов индуктора Z2P, число элементарных зубцов на полюсе индуктора Z2s, общее число зубцов индуктора Z2 связано равенствами (1), (2), (3), (4), (5):
причем число элементарных зубцов на полюсе якоря равно четному натуральному числу, т.е. Z1s=2, 4, 6, 8,…, при m - нечетном, т.е. при m=3, 5, 7, 9,…, число элементарных зубцов на полюсе якоря равно натуральному числу, т.е. Z1s=1, 2, 3, 4,…, при m - четном, т.е. при m=4, 6, 8, 10,…, ширина коронок элементарных зубцов полюсов индуктора определяется выражением: bZ2≤0,5·tZ2, где tZ2 представляет собой зубцовое деление (расстояние между осями двух рядом расположенных элементарных зубцов на полюсе) полюса индуктора в угловом измерении и определяется равенством: tZ2=360°/(Z2+Z1m), ширина коронок элементарных зубцов полюсов якоря определяется выражением: bZ1≤0,5·tZ1, где tZ1 представляет собой зубцовое деление полюса якоря в угловом измерении и определяется равенством: tZ1=tZ2.
Согласно изобретению, за один период изменения магнитного поля якоря ротор перемещается в угловом измерении на одно зубцовое деление зубчатого полюса индуктора. Этим и достигается большая электромагнитная редукция.
Катушки m-фазной обмотки якоря в фазе должны быть соединены между собой таким образом, чтобы векторы наведенных в них ЭДС, геометрически складываясь, образовывали максимальную суммарную ЭДС фазу якоря электрической редукторной машины с полюсным зубчатым индуктором.
На фиг.2÷11 представлены примеры реализации изобретения в соответствии с формулами (1), (2), (3), (4), (5). Соответствие фигур чертежей разрезов электрической редукторной машины с активным полюсным зубчатым индуктором и фигур схем соединений катушек m-фазных обмоток якоря поясняется в таблице.
Буква m в таблице обозначает количество фаз m-фазной обмотки якоря электрической редукторной машины с полюсным зубчатым индуктором, а mист. - количество фаз источника напряжения. Положение активного полюсного зубчатого индуктора относительно полюсов якоря на фигуре в двигательном режиме соответствует моменту времени, при котором показано положение векторов фазных токов якоря на соответствующей фигуре схемы соединений катушек m-фазной обмотки якоря (таблица).
| Соответствие фигур чертежей поперечных разрезов электрической редукторной машины с активным полюсным зубчатым индуктором и фигур схем соединений катушек m-фазных обмоток якоря | |||||||||
| Фигура | m | Z1m | Z1p | Z1s | Z1=Z2 | z2p | Z2s | mист. | |
| чертежа поперечного разреза | схемы обмотки | ||||||||
| 2 | 3 | 3 | 2 | 6 | 4 | 24 | 4 | 6 | 3 |
| 4 | 5 | 4 | 2 | 8 | 3 | 24 | 4 | 6 | 4 |
| 6 | 7 | 4 | 3 | 12 | 5 | 60 | 6 | 10 | 1 с фазосдвигающей емкостью |
| 8 | 9 | 5 | 3 | 15 | 4 | 60 | 6 | 10 | 5 |
| 10 | 11 | 6 | 2 | 12 | 5 | 60 | 4 | 15 | 6 |
На фиг.3 представлена схема соединений катушек 3х - фазной обмотки якоря с подключением к ней через m-фазный диодный мост (в данном случае через 3х - фазный) и щеточно-контактный узел катушечной обмотки возбуждения с последовательным соединением катушек.
На фиг.7 представлена схема соединений катушек 4х - фазной обмотки якоря с подключением к однофазной сети переменного тока промышленной частоты. Сдвиг фаз источника напряжения, необходимый для работоспособности машины, обеспечивается при помощи фазосдвигающего элемента, в данном случае при помощи емкости С. При этом wAN - это числа витков катушек обмотки якоря, подключенных непосредственно к фазе «А» и нулю, wCN - это числа витков катушек обмотки якоря, подключенных к фазе «А» и нулю через фазосдвигающую емкость С. Коэффициент трансформации обмоток фаз якоря лежит в пределах kтр.=wCN/wAN=1÷2.
Рассмотрим конструкцию электрической редукторной машины с полюсным зубчатым индуктором с внешним якорем и внутренним индуктором (фиг.1, фиг.2, фиг.4, фиг.6, фиг.8, фиг.10). Перемагничиваемый с высокой частотой сердечник 2 якоря выполнен шихтованным из электротехнической стали с высокой магнитной проницаемостью и запрессован в корпусе 1, выполненном из стали или сплава алюминия. На каждом явно выраженном полюсе 3 якоря выполнены элементарные зубцы 4. На полюсах 3 якоря размещена катушечная m-фазная обмотка якоря, состоящая из катушек 5, сосредоточенных на соответствующих полюсах якоря по одной на каждом полюсе. Катушки m-фазной обмотки якоря выполняются из медного обмоточного провода или медной обмоточной шины. Катушки 5 в фазе могут быть соединены последовательно, если их количество не менее двух, параллельно, если их количество четное, и смешанно, если их количество четное и не менее четырех. Фазы m-фазной обмотки якоря могут быть соединены в звезду, а также в многоугольник. Индуктор при помощи подшипников 12, вала 6 и подшипниковых щитов 11 позиционирован относительно якоря. Вал 6 выполнен из стали. На вал 6 напрессован сердечник 7 индуктора с симметрично расположенными по цилиндрической поверхности явновыраженными зубчатыми полюсами 8 индуктора, который может быть выполнен шихтованным из электротехнической стали с высокой магнитной проницаемостью и может быть выполнен из магнитомягкой стали с высокой магнитной проницаемостью с отъемными полюсами или с отъемными зубчатыми наконечниками полюсов. На каждом полюсе 8 индуктора выполнены элементарные зубцы 9 с одинаковым числом элементарных зубцов на каждом полюсе. На полюсах индуктора сосредоточена катушечная обмотка возбуждения индуктора, каждая катушка 10 которой размещена на соответствующем полюсе 8 индуктора по одной на полюсе, катушки 10 обмотки возбуждения индуктора могут быть соединены между собой последовательно, параллельно и при наличии четырех и более катушек - смешанно, но всегда согласно в магнитном отношении. Электрическая связь обмотки возбуждения индуктора с источником напряжения осуществляется через щетки 14 и контактные кольца 13 щеточно-контактного узла. Контактные кольца 13 электрически изолированы от вала 6.
Электрическая редукторная машина с полюсным зубчатым индуктором работает в двигательном и генераторном режимах.
Рассмотрим двигательный режим (фиг.1, фиг.2, фиг.4, фиг.6, фиг.8, фиг.10). На обмотку возбуждения индуктора через щетки и контактные кольца подают постоянное (выпрямленное) напряжение, по обмотке возбуждения индуктора протекает постоянный (выпрямленный) электрический ток, создающий постоянное магнитное поле индуктора с постоянной во времени МДС индуктора и постоянным магнитным потоком индуктора. Так как катушки 10 обмотки возбуждения индуктора соединены между собой согласно в магнитном отношении, то при протекании по ним постоянного (выпрямленного) электрического тока полюса 8 индуктора образуют чередующуюся полярность магнитных полюсов, при этом все элементарные зубцы 9, расположенные на соответствующем полюсе 8 индуктора, образуют в радиальном направлении в сторону воздушного зазора элементарные магнитные полюса с той же полярностью, что и соответствующий полюс 8 индуктора. Постоянный магнитный поток выходит из северных «N» полюсов 8 индуктора, проходит через элементарные зубцы 9 полюсов 8 индуктора в радиальном направлении, воздушный зазор между индуктором и якорем, элементарные зубцы 4 полюсов 3 якоря и полюса 3 якоря, расположенные напротив северных «N» полюсов 8 индуктора, сердечник 2 якоря в тангенциальном направлении, полюса 3 якоря, расположенные напротив южных «S» полюсов 8 индуктора, и элементарные зубцы 4 полюсов 3 якоря в радиальном направлении, воздушный зазор между якорем и индуктором, элементарные зубцы 9 южных «S» полюсов 8 индуктора и южные «S» полюса 8 индуктора, замыкаясь через сердечник 7 индуктора. На фазы m-фазной обмотки якоря подают переменное напряжение, по обмотке якоря протекает переменный электрический ток, создающий переменное вращающееся магнитное поле якоря. При этом образуется переменная во времени МДС якоря и переменный во времени магнитный поток якоря. На фиг.3, фиг.5, фиг.7, фиг.9, фиг.11 представлены векторные диаграммы фазных токов якоря, протекающих по катушкам соответствующих m-фазных обмоток якоря, схемы соединений катушек m-фазных обмоток якоря представлены на этих же фигурах. Симметричные m-фазные напряжения, поданные на зажимы m-фазных обмоток якоря, изменяются во времени, и векторы 13 фазных токов якоря поворачиваются в осях координат xy против часовой стрелки. Рассмотрим момент времени, когда векторы 13 фазных токов якоря проецируются на ось ординат. Катушки 5 обмотки якоря названы буквой, обозначающей принадлежность к соответствующей фазе, и цифрой, обозначающей номер полюса 3 якоря. Например, катушка В 2 - катушка фазы В, расположенная на втором полюсе 3 якоря. На фиг.3, фиг.5, фиг.7, фиг.9, фиг.11 обозначены направления фазных токов якоря в катушках m-фазной обмотки якоря в соответствии с проекцией векторов токов на ось y. При этом элементарные зубцы 4 соответствующих полюсов 3 якоря, на которых расположены катушки 5 обмотки якоря, образуют южные «S» элементарные магнитные полюса и северные «N» элементарные магнитные полюса, которые меняют свою полярность в зависимости от направления фазных токов, протекающих по катушкам 5. Вследствие взаимодействия переменного магнитного поля якоря с постоянным магнитным полем индуктора к ротору приложен однонаправленный в течение всего времени работы электрического двигателя вращающий момент. Так как, согласно изобретению, одному периоду изменения магнитного поля якоря соответствует перемещение ротора на одно зубцовое деление зубчатого полюса индуктора, то при изменении питающих m-фазных напряжений, поданных на m-фазную обмотку якоря с частотой f (Гц), ротор вращается с синхронной частотой вращения n=60·f/(Z2+Z1m) об/мин. Направление вращения ротора на фигурах показано стрелкой с буквой «n». Ротор вращается согласно с магнитным полем якоря. Для изменения направления вращения ротора необходимо изменить направление чередования фаз обмотки якоря в противоположную сторону.
Рассмотрим генераторный режим (фиг.1, фиг.2, фиг.4, фиг.6, фиг.8, фиг.10). От источника питания на обмотку возбуждения индуктора через щетки и контактные кольца подают постоянное (выпрямленное) напряжение, по обмотке возбуждения индуктора протекает постоянный (выпрямленный) электрический ток, создающий постоянное магнитное поле индуктора с постоянной во времени МДС индуктора и постоянным магнитным потоком индуктора. При вращении ротора сторонним источником момента с частотой вращения n постоянный магнитный поток индуктора пронизывает воздушный зазор и явно выраженные полюса 3 якоря, при этом за счет того, что полюса 8 индуктора и полюса 3 якоря выполнены зубчатыми, в полюсах 3 якоря происходит пульсация магнитного потока от его максимального значения до минимального. Пульсирующий с высокой частотой в полюсах 3 якоря магнитный поток является переменным, он наводит в катушках m-фазной обмотки якоря переменную во времени ЭДС. Если внешняя цепь - цепь нагрузки замкнута, то по m-фазной обмотке якоря протекает переменный электрический ток, электрическая мощность отдается потребителю.
Следует отметить, что глубина пульсации магнитного потока в полюсах якоря влияет на энергетические показатели электрической машины. Чем больше отношение ширины элементарных зубцов полюсов индуктора и якоря к величине рабочего воздушного зазора, тем выше глубина пульсации проводимости рабочего воздушного зазора, и следовательно, магнитного потока, и тем выше энергетические показатели электрической редукторной машины с полюсным зубчатым индуктором.
За счет того что полюса якоря и полюса индуктора выполнены зубчатыми, можно получать переменную ЭДС высокой частоты при сравнительно небольших частотах вращения ротора в генераторном режиме и очень низкие частоты вращения ротора (до нескольких оборотов в минуту и ниже) с очень высокими показателями вращающего момента в двигательном режиме электрической редукторной машины с полюсным зубчатым индуктором.
1. Электрическая редукторная машина с полюсным зубчатым индуктором, содержащая статор с явно выраженными полюсами и с сосредоточенной m-фазной обмоткой якоря, выполненной в виде катушек, охватывающих полюса якоря по одной катушке на полюс, и активный ротор с чередующейся полярностью полюсов, отличающаяся тем, что статор содержит шихтованный сердечник якоря с явно выраженными полюсами, на внутренней поверхности которых расположены элементарные зубцы по Z1s зубцов на каждом полюсе, ротор содержит индуктор с симметрично распределенными по цилиндрической поверхности зубчатыми полюсами с одинаковым числом элементарных зубцов на каждом полюсе, на полюсах индуктора сосредоточена катушечная обмотка возбуждения индуктора, каждая катушка которой размещена на соответствующем полюсе индуктора по одной на полюсе, катушки обмотки возбуждения индуктора соединены между собой согласно в магнитном отношении, электрическая связь обмотки возбуждения индуктора с источником напряжения осуществляется через щетки и контактные кольца щеточно-контактного узла, число полюсов якоря определяется равенством: Z1P=m·Z1m, где m=3,4, 5, 6, … - число фаз m-фазной катушечной обмотки якоря, Z1m=1, 2, 3, 4, … - число полюсов якоря в фазе, общее число зубцов якоря определяется равенством: Z1=Z1p·Z1s, причем Z1s=2, 4, 6, 8, … - при m=3, 5, 7, 9, … и Z1s=1, 2, 3, 4, … - при m=4, 6, 8, 10, …, число полюсов индуктора определяется равенством: Z2p=2·Z1m, общее число зубцов индуктора определяется равенством: Z2=Z1, число элементарных зубцов на полюсе индуктора определяется равенством: Z2s=Z2/Z2P, ширина коронок элементарных зубцов полюсов индуктора определяется выражением: bZ2≤0,5 ·fZ2, где tZ2 представляет собой зубцовое деление полюса индуктора в угловом измерении и определяется равенством: tZ2=360°/(Z2+Z1m), ширина коронок элементарных зубцов полюсов якоря определяется выражением: bZ1<0,5·tZ1, где tZ1 представляет собой зубцовое деление полюса якоря в угловом измерении и определяется равенством: tZ1=tZ2.
2. Электрическая редукторная машина с полюсным зубчатым индуктором по п.1, отличающаяся тем, что якорь расположен снаружи, индуктор - внутри.
3. Электрическая редукторная машина с полюсным зубчатым индуктором по п.1, отличающаяся тем, что индуктор расположен снаружи, якорь - внутри.
4. Электрическая редукторная машина с полюсным зубчатым индуктором по п.1, отличающаяся тем, что при применении ее в качестве синхронного двигателя питание обмотки якоря осуществляется от m-фазного источника переменного напряжения постоянной частоты.
5. Электрическая редукторная машина с полюсным зубчатым индуктором по п.1, отличающаяся тем, что при применении ее в качестве синхронного двигателя питание обмотки якоря осуществляется от m-фазного источника переменного напряжения регулируемой частоты.
6. Электрическая редукторная машина с полюсным зубчатым индуктором по п.1, отличающаяся тем, что при применении ее в качестве синхронного двигателя питание обмотки якоря осуществляется от однофазного источника переменного напряжения при помощи фазосдвигающего элемента.
7. Электрическая редукторная машина с полюсным зубчатым индуктором по п.1, отличающаяся тем, что при применении ее в качестве синхронного двигателя питание обмотки якоря осуществляется от источника постоянного напряжения посредством управляемого инвертора, подающего синусоидальное напряжение на фазы обмотки якоря в зависимости от показаний датчика углового положения ротора для достижения максимального вращающего момента.
8. Электрическая редукторная машина с полюсным зубчатым индуктором по п.1, отличающаяся тем, что при применении ее в качестве двигателя постоянного тока питание обмотки якоря осуществляется прямоугольными импульсами напряжения от электронного коммутатора по определенному алгоритму в зависимости от показаний датчика углового положения ротора для достижения максимального вращающего момента.
9. Электрическая редукторная машина с полюсным зубчатым индуктором по п.1, отличающаяся тем, что фазы обмотки якоря соединены в звезду.
10. Электрическая редукторная машина с полюсным зубчатым индуктором по п.1, отличающаяся тем, что фазы обмотки якоря соединены в многоугольник.
11. Электрическая редукторная машина с полюсным зубчатым индуктором по п.1, отличающаяся тем, что катушки обмотки возбуждения индуктора соединены между собой последовательно.
12. Электрическая редукторная машина с полюсным зубчатым индуктором по п.1, отличающаяся тем, что катушки обмотки возбуждения индуктора соединены между собой параллельно.
13. Электрическая редукторная машина с полюсным зубчатым индуктором по п.1, отличающаяся тем, что при наличии четырех и более катушек обмотки возбуждения индуктора они соединены между собой смешанно.
14. Электрическая редукторная машина с полюсным зубчатым индуктором по п.1, отличающаяся тем, что питание обмотки возбуждения индуктора осуществляется через контактные кольца и щетки от независимого источника постоянного (выпрямленного) напряжения.
15. Электрическая редукторная машина с полюсным зубчатым индуктором по п.1, отличающаяся тем, что питание обмотки возбуждения индуктора осуществляется от выходных концов фаз m-фазной обмотки якоря через m-фазный диодный мост, щетки и контактные кольца.
