Асинхронный электродвигатель поперечного магнитного потока

Изобретение относится к области электротехники, а именно к асинхронным электродвигателям поперечного магнитного потока, и может быть применено в высокоскоростных электроприводах, например, в деревообрабатывающей промышленности и высокоскоростных вентиляторах. Технический результат – достижение значений частот вращения ротора, близких к частоте вращения ротора двигателя двойного питания (6000 об/мин при частоте сети 50 Гц). Асинхронный электродвигатель поперечного магнитного потока состоит из статора с магнитопроводами С- или П-образных форм и ротора в форме торообразного тела, магнитопроводного и электропроводного, соединенного с валом. Не менее трех магнитопроводов расположены в пространстве относительно оси вращения ротора на угол, не превышающий 2,2π радиан, и расположены в пространстве относительно линии, образованной центром окружности, задающей тор, на угол, не превышающий 1,1π радиан. Магнитные потоки магнитопроводов последовательно сдвинуты по фазе на суммарный угол, не превышающий π радиан, что достигается подключением катушек на фазные или линейные напряжения. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

 

Изобретение относится к электротехнике, а именно к асинхронным электродвигателям поперечного магнитного потока и может применяться в высокоскоростных электроприводах, например, в деревообрабатывающей промышленности и высокоскоростных вентиляторах.

Из существующего уровня техники известны двигатели двойного питания (А.И. Вольдек «Электрические машины», глава 41-2, Ленинград, «Энергия», 1974 г.), которые, несмотря на высокую частоту вращения ротора (6000 об/мин при частоте сети 50 Гц), имеют ограниченное применение из-за сложности пуска, наличия щеточного механизма, более низкой надежности по сравнению с асинхронными электродвигателями с короткозамкнутым ротором. Двигатель двойного питания является аналогом заявленному изобретению по назначению (достигаемому техническому результату) - высокой частоте вращения ротора.

Аналогами заявленному изобретению, в части применения поперечного магнитного потока, являются:

1. А.Д. Попов, В.А. Соломин, В.А. Трофимов, а.с. №744866, 1976 г. СССР.

2. Т.К. Калнинь, «Линейные индукционные машины с поперечным магнитным потоком», раздел 1.3, Рига, «Зинатне», 1980 г.

Аналог заявленному изобретению, в части конструкции ротора: А.И. Вольдек «Электрические машины», глава 29-3 «Асинхронные машины с массивным ротором», Ленинград, «Энергия», 1974 г.

Непосредственные аналоги (прототипы), которым присущи в совокупности основные признаки заявленного изобретения, отсутствуют.

Задачей, на решение которой направлено заявленное изобретение, является создание асинхронного электродвигателя поперечного магнитного потока с частотой вращения ротора, близкой к частоте вращения роторадвигателя двойного питания, и характеризующегося простотой пуска и высокой надежностью асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором. Данная задача решается за счет следующего:

Применен статор с магнитопроводами С- или П-образных форм и торообразный ротор, магнитопроводный и электропроводный (например стальной), соединенный с валом фиг. 1 или фиг. 1А (двигатель с массивным ротором), не менее трех магнитопроводов расположены в пространстве относительно оси вращения ротора на угол, не превышающий 2,2π радиан, и расположены в пространстве относительно линии, образованной центром окружности, задающей тор, на угол, не превышающий 1,1π радиан, фиг. 2 или фиг. 2А, магнитные потоки магнитопроводов последовательно сдвинуты по фазе на суммарный угол, не превышающий π радиан, что достигается подключением катушек на фазные напряжения фиг. 3 (схема соединения «звезда») или линейные напряжения, фиг. 3А (схема соединения «треугольник»).

На поверхности торообразного тела возможно выполнение пазов, что обеспечивает улучшение технических характеристик.

Техническим результатом, обеспечиваемым приведенной совокупностью признаков, является создание асинхронного электродвигателя поперечного магнитного потока, обеспечивающего частоту вращения магнитного потока относительно оси вращения ротора n₁=120f, где n₁ - частота вращения магнитного потока об/мин;

f - частота приложенного напряжения, Гц,

соответственно частота вращения ротора n=120f(1-s),

где n - частота вращения ротора об/мин;

s - скольжение.

Сущность изобретения поясняется чертежами, которые не ограничивают объем правовой охраны заявленного изобретения, определенный формулой, а являются иллюстрацией отдельных вариантов исполнения:

Фиг. 1 - показывает пример конструкции ротора для одного С-образного магнитопровода (схематично, сечение, катушка не показана);

Фиг. 2 - изображает расположение в пространстве шести С-образных магнитопроводов относительно торообразного тела ротора (схематично);

Фиг. 3 - представляет схему подключения катушек шести магнитопроводов с применением фазных напряжений;

Фиг. 4 - показывает временную диаграмму изменения магнитного потока по длине окружности ротора, за период питающего напряжения.

Фиг. 3А - представляет схему подключения катушек шести магнитопроводов с применением линейных напряжений;

Фиг. 1А - показывает пример исполнения конструкции ротора для одного П-образного магнитопровода (схематично, сечение, катушка магнитопровода не показана);

Фиг. 2А - изображает расположение в пространстве шести П-образных магнитопроводов относительно торообразного тела ротора (схематично);

Конструкция для С-образных магнитопроводов представлена фиг. 1. Показаны: один магнитопровод поз. 1, торообразное тело с элементом соединения поз. 2, вал ротора поз. 3. Соединение деталей 2 и 3 может выполняться посадкой с натягом.

Расположение шести С-образных магнитопроводов поз. 1 в пространстве относительно торообразного тела с элементом соединения поз. 2, вала ротора поз. 3 и нумерация магнитопроводов 1.1, 1.2, 1.3, 1.4, 1.5,1.6 показаны на фиг. 2.

На фиг. 3 представлена схема подключения катушек шести магнитопроводов с применением фазных напряжений, фиг. 3А с применением линейных напряжений, где буквами А, В, С показаны фазы.

Конструкция для П-образных магнитопроводов показана на фиг. 1 А, фиг. 2А, где поз. 3 вал ротора, поз.4 магнитопровод, поз.5 торообразное тело с элементом соединения. Нумерация магнитопроводов фиг. 2А 4.1, 4.2, 4.3, 4.4, 4.5, 4.6. Принцип работы двигателей П- или С-магнитопроводов аналогичен.

В корпусе могут предусматриваться технологические люки для установки, регулировки и крепления магнитопроводов. Возможна каркасная конструкция корпуса, со съемным защитным экраном. Ротор может изготавливаться из нескольких деталей или из одной монолитной детали.

Асинхронный электродвигатель поперечного магнитного потока работает следующим образом.

При подаче напряжения на катушки магнитопроводов, в теле ротора создаются перемещающиеся магнитные потоки. Под действием магнитных потоков в теле ротора возникают электродвижущие силы и, соответственно, вихревые токи, которые взаимодействуя с магнитными потоками, создают механические усилия и приводят во вращение ротор.

На фиг. 4 (приведенная к плоскости временная диаграмма), показано распределение магнитных потоков по длине окружности ротора за период Т питающего напряжения, через интервалы Т/12. Углом сдвига фаз между питающим напряжением и магнитным потоком пренебрегаем.

За промежуток времени от Т/12 до 7Т/12 периода питающего напряжения, вектор магнитного потока S - N совершает один оборот вокруг оси ротора, за промежуток времени от 7Т/12 до 13Т/12 (Т/12) периода питающего напряжения, еще один оборот вокруг оси ротора совершает вектор магнитного потока N - S. За период питающего напряжения вектор магнитного потока совершает два оборота относительно оси вращения ротора, то есть частота вращения магнитного потока относительно оси вращения ротора составляет

n₁=2f об/сек или n₁=120f об/мин.

На приведенной к плоскости временной диаграмме (фиг. 4), для Т=0 показан переход магнитного потока на участке между 1.6 и 1.1 магнитопроводами (Ф_1.6 и Ф'_1.1). Вектора магнитных потоков на данном участке не синхронизированы, что вызывает тормозные моменты. Синхронизация требует дополнительного поворота магнитопроводов в пространстве. Для заявленного изобретения по пункту 1, пункту 2формулы изобретения, синхронизация выполняется за счет поворота магнитопроводов в пространстве относительно линии, образованной центром окружности, задающей тор (фиг. 2). На приведенной к плоскости временной диаграмме (фиг. 4), синхронизация показана штриховой линией.

В результате магнитные потоки синхронизированы по всей длине окружности ротора и совершают n₁=120f об/мин относительно оси вращения ротора, что обеспечивает частоту вращения ротора n=120f(l-s) об/мин.

Таким образом, заявленный асинхронный электродвигатель поперечного магнитного потока обеспечивает частоту вращения ротора, близкую к частоте вращения ротора двигателя двойного питания (n=120f об/мин), и характеризуется простотой пуска и высокой надежностью асинхронного электродвигателя с короткозамкнутым ротором.

1. Асинхронный электродвигатель поперечного магнитного потока, состоящий из статора с магнитопроводами С- или П-образных форм и ротора, отличающийся тем, что ротор выполнен в форме торообразного тела, магнитопроводного и электропроводного, соединенного с валом, не менее трех магнитопроводов расположены в пространстве относительно оси вращения ротора на угол, не превышающий 2,2π радиан, и расположены в пространстве относительно линии, образованной центром окружности, задающей тор, на угол, не превышающий 1,1π радиан, магнитные потоки магнитопроводов последовательно сдвинуты по фазе на суммарный угол, не превышающий π радиан, что достигается подключением катушек на фазные или линейные напряжения.

2. Асинхронный электродвигатель поперечного магнитного потока по п. 1, отличающийся тем, что на поверхности торообразного тела выполнены пазы.