Однофазный синхронный электродвигатель

 

Изобретение относится к области электротехники, а именно к электрическим машинам, и может быть использовано как однофазный самозапускающийся синхронный электродвигатель с ротором из постоянного магнита. Задачей изобретения является улучшение пусковых и рабочих характеристик однофазного синхронного электродвигателя за счет обеспечения максимально возможного потокосцепления статора и ротора и повышения эффективности экранирования полюсов. Однофазный синхронный электродвигатель содержит статор с установленной в нем катушкой и ротор с постоянным многополюсным магнитом. Катушка установлена в статоре посредством узлов магнитопровода и расположена внутри них. Каждый узел магнитопровода составлен из двух магнитопроводных частей 6, 7, образующих каждый полюс из двух половин 8, 9. Магнитопроводные части 6, 7 разделены экраном 10, выполненным в виде диска со сквозными отверстиями 11, через которые простираются половины 9 каждого полюса. Предлагаемый электродвигатель может быть использован в качестве однофазного шагового электродвигателя. При этом, за счет большей степени экранирования полюсов и, как следствие, увеличения внутреннего демпфирования, шаговый электродвигатель обеспечивает стабильную и устойчивую работу во всем диапазоне управляющих частот от нуля до максимальной. 4 з.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к области электротехники, а именно к электрическим машинам, и может быть использовано, в частности, как однофазный самозапускающийся синхронный электродвигатель с ротором из постоянного магнита.

Уже известен однофазный синхронный электродвигатель, описанный в авторском свидетельстве СССР (SU) N1836786, кл. H 02 K 21/16, 1993.

Известный однофазный синхронный электродвигатель содержит статор с кольцевой катушкой, размещенной внутри узлов магнитопровода с двумя группами когтеобразных полюсов, и ротор с многополюсным постоянным магнитом. Число когтеобразных полюсов равно числу полюсов магнита ротора. Каждый узел магнитопровода включает в себя экранирующую пластину сложной формы, через отверстия которой простираются полосы одной из групп. При этом экранирующая пластина выполняет функцию короткозамыкающего витка, создающего сдвиг фаз между магнитными потоками экранированных и неэкранированных полюсов. Тем самым формируется вращающееся магнитное поле статора.

Однако пусковые и рабочие характеристики этого электродвигателя недостаточно оптимизированы. Это вызвано наличием двух зон на стыках групп полюсов между собой, где не обеспечено максимальное потокосцепление полюсов магнитопровода и ротора из-за неравенства их полюсных делений и присутствия укороченных полюсов. К этому же результату приводит ослабленное экранирование, вызванное сужением межполюсной перемычки экранирующей пластины на стыке со стороны укороченных полюсов.

Задачей изобретения является улучшение пусковых и рабочих характеристик однофазного синхронного электродвигателя за счет обеспечения максимально возможного потокосцепления статора и ротора и повышение эффективности экранирования полюсов.

Указанная задача в однофазном синхронном электродвигателе, содержащем статор с кольцевой катушкой, размещенной внутри узлов магнитопровода с когтеобразными полюсами, число которых равно числу полюсов многополюсного магнита ротора, а часть полюсов каждого узла магнитопровода экранирована короткозамыкающим витком, решается тем, что каждый узел магнитопровода составлен из двух разделенных экраном магнитопроводных частей, выполненным в виде диска со сквозными отверстиями, размер которых больше размера половины полюса, простирающегося через него.

Согласно изобретению экранирована может быть половина каждого полюса, одинаково расположенная относительно оси полюса. Кроме того, все смежные полюсы магнитопроводных частей смещены один относительно другого на 180 эл. град. их половины выполнены с длиной полюсной дуги, равной 0,2 0,4 длины дуги полюсного деления, и с тангенциальным зазором между ними 0,1 0,3 длины дуги полюсного деления.

В частном случае экранированная половина каждого полюса электродвигателя выполняется длиннее смежной с ней половины полюса на величину, равную сумме толщины экрана и толщины магнитопровода.

Магнитопроводные части электродвигателя могут быть соединены посредством внешнего магнитопровода статора.

Приведенная совокупность признаков в сравнении с известным уровнем техники позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого технического решения критерию "новизна". В то же время, совокупность отличительных признаков, приводящая к решению поставленной задачи, явным образом не следует из уровня техники, поэтому заявляемое техническое решение соответствует критерию "изобретательский уровень".

Изобретение поясняется следующими чертежами.

На фиг. 1 схематично представлена магнитная система электродвигателя; на фиг. 2 изображена развертка полюсов магнитопровода с экраном; на фиг. 3 показана в аксонометрии часть узла магнитопровода, образующая полюс одной полярности; на фиг. 4 представлен электродвигатель в разрезе.

Однофазный синхронный электродвигатель содержит статор 1 с установленной в нем катушкой 2 и ротор 3 с постоянным магнитополюсным магнитом 4.

Катушка 2 установлена в статоре 1 посредством узлов магнитопровода 5 и расположена внутри них. Каждый узел магнитопровода 5 составлен из двух магнитопроводных частей 6, 7, образующих каждый полюс из двух половин 8, 9. Магнитопроводные части 6, 7 разделены экраном 10, выполненным в виде диска со сквозными отверстиями 11, через которые простираются половины 9 каждого полюса. Таким образом, половины 9 каждого полюса охвачены экраном 10. Поскольку свободные торцы полюсов каждого угла магнитопровода 5 лежат в одной плоскости, то экранированная половина 9 каждого полюса длиннее смежной с ней половины 8 полюса на величину, равную сумме толщины экрана 10 и толщины магнитопроводной части 6. Все магнитопроводные части соединены внешним магнитопроводом 12 статора 1.

Полюсы узлов магнитопровода 5 равномерно разнесены по окружности со смещением на 180 эл. град. как показано на фиг. 1 и 2. Длина полюсной дуги каждой половины полюса лежит в пределах 0,2 0,4 длины дуги полюсного деления, что вызвано, с одной стороны, магнитной насыщаемостью полюсов и их прочностными свойствами, а с другой стороны рассеиванием магнитного поля через соседние полюсы. Тангенциальный зазор между половинами 8, 9 каждого полюса составляет 0,1 0,3 длины дуги полюсного деления, что также вызвано необходимостью снизить взаимное рассеивание магнитных полей половин 8, 9 каждого полюса и прочностными свойствами материала, из которого они изготовлены.

Однофазный синхронный электродвигатель работает следующим образом.

При подключении к сети переменного тока катушка 2 формирует переменное магнитное поле, напряженность которого концентрируется в воздушном зазоре между половинами 8, 9 полюсов и постоянным магнитом 4. Так как половина 9 каждого полюса охвачена экраном 10, переменное магнитное поле через эту половину полюса сдвигается по фазе в сторону отставания относительно магнитного поля, проходящего через неэкранированную половину 8 этого же полюса. Таким образом, переменные магнитные поля через половины 8, 9 полюса образуют вращающееся магнитное поле, которое взаимодействует с постоянным магнитом 4 ротора 3 и увлекает его за собой в синхронное вращение.

Пуск и однонаправленное вращение однофазного синхронного электродвигателя достигаются взаимодействием вращающегося, близкого к круговому, магнитного поля, создаваемого катушкой статора, с полюсами постоянного магнитного ротора. Следовательно, пусковые и рабочие характеристики электродвигателя зависят от величины потокосцепления статора и ротора и от степени эллиптичности вращающегося магнитного поля статора, зависящего от эффективности экранирования части полюсов.

Как видно из фиг. 1 и фиг. 2, все разноименные полюсы узлов магнитопровода 5 расположены абсолютно симметрично через полюсное деление (180эл. град.) и их число равно числу полюсов постоянного магнита 4 ротора 3. Примененная система экранирования позволяет исключить сужения межполюсных перемычек экрана 10. Как следствие, предлагаемый электродвигатель имеет максимально возможное потокосцепление статора 1 и ротора 3, форма магнитного поля статора 1 максимально приближена к круговой, тем самым достигается улучшение пусковых и рабочих характеристик однофазного электродвигателя.

Предлагаемый электродвигатель может быть использован в качестве однофазного шагового электродвигателя. При этом, за счет большей степени экранирования полюсов и, как следствие, увеличения внутреннего демпфирования, шаговый электродвигатель обеспечивает стабильную и устойчивую работу во всем диапазоне управляющих частот от нуля до максимальной.

Формула изобретения

1. Однофазный синхронный электродвигатель, содержащий статор с кольцевой катушкой, размещенной внутри узлов магнитопровода с когтеобразными полюсами, число которых равно числу полюсов многополюсного магнита ротора, причем часть полюсов каждого узла магнитопровода экранирована короткозамыкающим витком, отличающийся тем, что каждый узел магнитопровода состоит из двух магнитопроводных частей, разделенных экраном, выполненным в виде диска со сквозными отверстиями, размер которых больше размера половины полюса, простирающегося через него.

2. Электродвигатель по п. 1, отличающийся тем, что экранирована половина каждого полюса, одинаково расположенная относительно оси полюса.

3. Электродвигатель по п. 1, отличающийся тем, что все смежные полюсы магнитопровода смещены один относительно другого на 180 эл.град. их половины выполнены с длиной полюсной дуги, равной 0,2 0,4 длины дуги полюсного деления, и с тангенциальным зазором между ними 0,1 0,3 длины дуги полюсного деления.

4. Электродвигатель по п. 1, отличающийся тем, что экранированная половина каждого полюса длиннее смежной с ней половины полюса на величину, равную сумме толщины экрана и толщины магнитопровода.

5. Электродвигатель по п.1, отличающийся тем, что магнитопроводные части соединены посредством внешнего магнитопровода статора.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4