Электрическая машина

 

Использование: в бытовой технике, например, для фенов, пылесосов или вентиляторов. Сущность изобретения, постоянный магнит в статоре электрической машины выполнен с радиальной намагниченностью и установлен на полюсе в пазу, свободном от обмотки с зазором a₁ и d₂ между стенками паза и боковыми поверхностями магнита, причем величина зазора a₂ выбрана меньше зазора a₁ и больше или равным 2 δ 1 з. п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к электротехние, а точнее к однофазным синхронным реактивным электрическим машинам для бытовой техники, например, для фенов, пылесосов или вентиляторов.

Известен однофазный синхронный реактивный двигатель, содержащий набранный из пластин сердечник статора с обмоткой в виде двух катушек, образующих одинаковые соседние полюса. Ротор, сердечник которого также набран из пластин, вращается внутри статора. Полюса, разделенные на группы, образуют замкнутые магнитопроводы. Магнитопроводы отдельных групп полюсов ограничены контурами соседних групп. Благодаря этому сечению между группами разноименных полюсов можно уменьшить, снизив расход электротехнической (см. Изобретения стран мира. РЖ. N 13, М. 1990. Выпуск 132. МКИ Н 02. Производство преобразование и распределение электрической энергии. Патент ЕПВ N 0343845, кл. Н 02 К 19/06 от 27.05.1988, GB 8812692. (40) 891129 N 48).

Недостатком данного изобретения является отсутствие гарантированного пускового момента, что снижает область его применения.

Известна электрическая машина содержащая статор с обмоткой и многополюсным магнитопроводом, в ярме которого установлены постоянные магниты аксиальной намагниченности, а охваченные обмоткой полюса содержат два зубца и паз, свободный от обмотки, и безобмоточный ротор, установленный относительно расточки статора с зазором, при этом на полюсах статора и магнитопроводе ротора зубцовый шаг выполнен одинаковым (см. Патент США N 3439200 от 15.04.1969, кл. Н 02 К 37/00, U.S. C1.310-49). В этом устройстве, благодаря применению постоянных магнитов и расположению их в ярме магнитопровода статора, обеспечен гарантированный пусковой момент.

Недостатком данного изобретения является необходимость размещения постоянных магнитов в ярме магнитопроводов, что увеличивает габариты, снижает удельные показатели и ухудшает технологичность двигателя.

Предлагаемое изобретение направлено на улучшение удельных показателей двигателя за счет снижения габаритов и улучшении технологичности сборки при обеспечении гарантированного пускового момента.

Для чего в электрической машине, содержащей статор с обмоткой и многополюсным магнитопроводом, на котором установлен, как минимум, один постоянный магнит, а охваченные обмоткой полюса содержат два зубца и паз, свободный от обмотки, и безобмоточный ротор, установленный относительно расточки статора с зазором δ, при этом на полюсах статора и ротора зубцовый шаг выбран одинаковым, согласно изобретению постоянный магнит выполнен с радиальной намагниченностью и установлен на полюсе в пазу, свободном от обмотки с зазорами а₁ и а₂ между стенками паза и боковыми поверхностями магнита, причем величина а₂ выбрана меньше зазора а₁ и больше или равна 2 δ.

Для увеличения момента, устанавливающего ротор в стартовое положение, электрическая машина может быть снабжена вторым постоянным магнитом радиальной намагниченности и установленным аналогично на другом полюсе магнитопровода в свободном от обмотки пазу с чередующейся по расточке статора полярностью, причем магниты относительно осей пазов смещены одинаково.

В отличии от прототипа постоянные магниты размещены в свободных от обмотки пазах полюсов магнитопровода статора, а не в ярме, что позволяет снизить габариты двигателя. При этом не требуется точной подгонки размера магнита и магнитопровода, который может изготовляться из набора отштампованных листов электротехнической стали, а постоянные магниты приклеиваются ко дну свободного от обмотки паза полюса.

На фиг. 1 изображена электрическая машина, поперечное сечение; на фиг. 2 графики изменения параметров электрической машины при изменении угла поворота ротора.

Электрическая машина содержит сердечник статора 1 и сердечник ротора 2, набранные из пластин электротехнической стали и неподвижную обмотку 3, которая выполнена из двух катушек 4, 5 (см. фиг. 1). Обмотка 3 расположена в пазах 6 между соседними полюсами 7 (S), 8 (N). Каждый полюс 7 или 8 выполнен в виде двух зубцов 9, 10 и паза 11, свободного от обмотки. В пазах 11 расположены постоянные магниты 12, 13. По ходу вращения ротора между стенками паза 11 выполнен немагнитный зазор а₁, затем установлен магнит 12 и второй немагнитный зазор а₂. Величины а₁ и а₂ подобраны так, что а₁> а ₂ и ось f магнитов 12, 13 не переходит за ось симметрии q пазов 11.

Полярность постоянных магнитов 12, 13 противоположна полярности полюсов 7, 8, что обеспечивается соединением катушек 4, 5 с противоположной полярностью включения.

В предпусковом состоянии зубцы 14 сердечника ротора 2 повернуты на угол Θ относительно зубцов 9, 10 сердечника статора 1 под действием сил магнитного тяжения постоянных магнитов 12, 13.

В этом положении магнитный поток Ф_пм от постоянных магнитов 12, 13 пересекает два воздушных зазора и проходит по контуру: ярмо 15 сердечника статора 1 постоянный магнит 12 немагнитный зазор 16 зубец 17 -ярмо 18 сердечника ротора 2 зубец 19 немагнитный зазор 20 постоянный магнит 13 ярмо 15.

На фиг. 2 это положение соответствует точке Q, расположенной на абсциссе графиков, где показаны кривые изменения индуктивности L, тока обмотки i, момента М, создаваемого катушками 4, 5, момента М_пм от постоянных магнитов, нагрузочного (номинального) момента М_н и результирующего момента М_р всей электрической машины при повороте сердечника ротора на величину одного зубцового деления.

При подаче питания на катушки4 5 (см. фиг. 1, 2) по ней протекает ток I, направление которого изображено точкой и крестиком, создается основной рабочий магнитный поток Ф, который замыкается по контуру: ярмо 15 зубец 10 немагнитный зазор 21 зубец ротора 22 ярмо ротора 18 зубец ротора 19 немагнитный зазор 20 зубец 23 ярмо 15.

Так как потоки Ф и Ф_пм в ярме 18 сердечника ротора 2 и в ярме 15 сердечника статора 1 направлены встречно, то магнитный поток, например, постоянного магнита 13, Ф_пм изменяет путь замыкания и идет по контуру: ярмо 15 зубец 23 немагнитный зазор 20 зубец 19 немагнитный зазор 20 постоянный магнит 13 ярмо 15. Это уменьшает потери на перемагничивание в процессе работы и снижает момент от постоянных магнитов 12, 13 с М_пм до М_пм, так как магнитный поток постоянных магнитов уменьшается из-за двойного прохождения немагнитного зазора 20, что увеличивает пусковой момент М (М_п=М-М_пм).

При возникновении рабочего магнитного потока Ф возникают силы магнитного тяжения между зубцами сердечника статора 1 и сердечника ротора 2, которые создают вращающий момент М. Под действием результирующего момента М_р=М-М_пм-М_пм ротор начинает поворачиваться, набирая угловую скорость. В точке D питание с катушек снимается, а в точке К результирующий момент М_р меняет свой знак и становится отрицательным (тормозным). Но за счет запасенной кинетической энергии на участке Q-К (см. фиг. 2) ротор 2 проскакивает зону К-Е и в точке Е питание на катушку вновь подается и цикл повторяется.

Формула изобретения

1. ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ МАШИНА, содержащая статор с обмоткой и многополюсным магнитопроводом, на котором установлен по крайней мере один постоянный магнит, а охваченные обмоткой полюса содержат два зубца и паз, свободный от обмотки, и безобмоточный ротор, установленный относительно расточки статора с зазором δ, при этом на магнитопроводах статора и ротора зубцовые шаги выбраны одинаковыми, отличающаяся тем, что постоянный магнит выполнен с радиальной намагниченностью и установлен на полюсе в пазу, свободном от обмотки, с зазором a₁ и a₂ между стенками паза и боковыми поверхностями магнита, причем величина зазора a₂ выбрана меньше зазора a₁ и больше или равным 2δ. 2. Машина по п.1, отличающаяся тем, что постоянные магниты размещены в свободных от обмотки пазах смежных полюсов с чередующейся по расточке статора полярностью.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2