RU2044384C1

RU2044384C1 - Geared synchronous motor

Info

Publication number: RU2044384C1
Authority: RU
Inventors: А.С. Куракин; А.С. Чернигин
Original assignee: Куракин Александр Сергеевич
Priority date: 1992-02-24
Filing date: 1992-02-24
Publication date: 1995-09-20

Abstract

FIELD: slow-speed electromagnetic-gear synchronous motors. SUBSTANCE: geared synchronous motor has toothed stator carrying three-phase star-connected winding and salient poles whose quantity is a multiple of double product of pole number and number of winding phase leads; it also has toothed nonwound rotor; stator tooth pitch is equal to rotor tooth pitch; tooth strips of stator poles for second and third phases are displaced in respect to center lines of their poles through one third of tooth pitch in relatively opposite directions; each phase of winding is built up of two parallel circuits wherein winding field coils and diodes are inserted and connected in opposition in adjacent parallel circuits of same phase; stator poles carry additional short-circuited wave winding. Coil pitch of each power winding is equal to half the winding pole pitch; each pole of each phase is formed by two adjacent coils coil pair of each pole of same polarity in each phase is equally connected to adjacent parallel circuits in series and in opposition to diametrically opposite field coils of opposite polarity. EFFECT: improved design. 3 dwg

Description

Изобретение относится к электрическим машинам малой мощности и может быть использовано для создания тихоходных синхронных электроприводов с улучшенными пусковыми и рабочими свойствами. The invention relates to low-power electric machines and can be used to create low-speed synchronous electric drives with improved starting and operating properties.

Известны синхронные редукторные электродвигатели [1] Двигатели состоят из зубчатого статора с обмоткой и безобмоточного зубчатого ротора, зубцовый шаг статора неравен зубцовому шагу ротора. Known synchronous gear motors [1] Motors consist of a gear stator with a winding and a winding gearless rotor, the tooth pitch of the stator is not equal to the tooth pitch of the rotor.

Недостатком таких двигателей является отсутствие однонаправленного пускового момента. The disadvantage of such engines is the lack of a unidirectional starting torque.

Известен также асинхронный редукторный электродвигатель [2] содержащий зубчатый статор с явновыраженными полюсами, на которых расположены многофазная обмотка питания и короткозамкнутая обмотка, и безомоточный зубчатый ротор. Зубцовый шаг статора равен зубцовому шагу ротора. Зубцовые гребенки полюсов статора для каждой фазы выполнены с соответствующим смещением относительно оси своей фазы. Данное техническое решение наиболее близко по технической сущности и достигаемому эффекту к заявляемому. Also known is an asynchronous gear motor [2] containing a gear stator with clearly defined poles, on which are located a multiphase supply winding and a short-circuited winding, and a gearless gear rotor. The tooth pitch of the stator is equal to the tooth pitch of the rotor. The tooth combs of the stator poles for each phase are made with a corresponding offset relative to the axis of their phase. This technical solution is closest in technical essence and the achieved effect to the claimed.

Недостатком известного двигателя является зависимость скорости вращения ротора от нагрузки. A disadvantage of the known engine is the dependence of the rotor speed on the load.

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей известного двигателя путем его синхронизации при низкой скорости вращения постоянным магнитным потоком. The aim of the invention is to expand the functionality of the known engine by synchronizing it at low speed with constant magnetic flux.

Цель достигается тем, что в синхронном редукторном электродвигателе, содержащем зубчатый статор с трехфазной обмоткой, соединенное в звезду, на статоре выполнены явновыраженные полюса, число которых кратно удвоенному произведению числа полюсов и числа фаз обмотки, и безобмоточный зубчатый ротор, зубцовый шаг статора равен зубцовому шагу ротора, зубцовые гребенки полюсов статора для второй и третьей фаз выполнены со смещением относительно осей своих полюсов на 1/3 зубцового деления во взаимно противоположных направлениях, каждая фаза обмотки выполнена из двух параллельных ветвей, в которые включены секции полюсов обмотки и диоды, имеющие в смежных параллельных ветвях одной фазы встречное направление, на полюсах статора выполнена дополнительная волновая короткозамкнутая обмотка, шаг каждой секции обмотки питания выполнен равным половине полюсного деления обмотки, каждый полюс каждой фазы обмотки образован двумя соседними секциями, при этом каждые две секции каждого полюса одной полярности каждой фазы включены поровну в смежные параллельные ветви последовательно и встречно с диаметрально противоположными секциями полюсов противоположной полярности. The goal is achieved by the fact that in a synchronous gear motor containing a gear stator with a three-phase winding connected in a star, explicitly made poles are made on the stator, the number of which is a multiple of twice the product of the number of poles and the number of winding phases, and the winding gearless rotor, the stator tooth pitch is equal to the tooth step rotors, tooth combs of the stator poles for the second and third phases are made with a displacement relative to the axes of their poles by 1/3 of the tooth division in mutually opposite directions, each phase the coils are made of two parallel branches, which include sections of the poles of the winding and diodes having opposite directions in adjacent parallel branches of one phase, an additional short-circuited wave winding is made at the poles of the stator, the step of each section of the power winding is made equal to half the pole division of the winding, each pole of each the winding phase is formed by two adjacent sections, with every two sections of each pole of the same polarity of each phase being equally divided into adjacent parallel branches in series and in straight with diametrically opposite sections of poles of opposite polarity.

В заявляемой конструкции за счет выполнения обмотки каждого полюса из двух секций, шаг которых равен половине полюсного деления, и включения их в разные параллельные ветви последовательно со встречнонаправленными диодами по специальной схеме создается вращающаяся и постоянная намагничивающая сила. Постоянная намагничивающая сила воздействуя на магнитную проводимость зубцового слоя, возбуждает зубцовый магнитный роток ротора, который взаимодействует с вращающимся магнитным полем и синхронизирует ротор с низкой скоростью вращения. In the claimed design, due to the winding of each pole of two sections, the step of which is equal to half of the pole division, and their inclusion in different parallel branches in series with counter-directed diodes, a rotating and constant magnetizing force is created according to a special scheme. The constant magnetizing force acting on the magnetic conductivity of the tooth layer excites the tooth magnetic rotor mouth, which interacts with the rotating magnetic field and synchronizes the rotor with a low rotation speed.

Наличие на статоре короткозамкнутой обмотки обеспечивает хорошие пусковые характеристики двигателя. The presence of a short-circuited winding on the stator provides good starting characteristics of the motor.

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявляемый электродвигатель соответствует критерию "новизна". Comparative analysis with the prototype shows that the inventive electric motor meets the criterion of "novelty."

Сравнение заявляемого решения не только с прототипом, но и с другими техническими решениями в данной области техники не позволило выявить в них признаки, отличающие заявляемое решение от прототипа, что позволяет сделать вывод о соответствии критерию "существенные отличия". Comparison of the proposed solution not only with the prototype, but also with other technical solutions in this technical field did not allow us to identify in them the features that distinguish the claimed solution from the prototype, which allows us to conclude that the criterion of "significant differences".

На фиг. 1 показан электродвигатель, поперечное сечение; на фиг.2 схема соединений секций полюсов и диодов в параллельных ветвях одной фазы. In FIG. 1 shows an electric motor, cross section; figure 2 the connection diagram of the sections of the poles and diodes in parallel branches of one phase.

Изобретение иллюстрируется следующим примером трехфазного двигателя. The invention is illustrated by the following example of a three-phase motor.

На зубчатом статоре 1, показанном на фиг.1, имеются явновыраженные полюса 2-13, число которых при двухполюсной обмотке, 2р 2, равно:
Z_o 4pmк 4 ˙1 ˙3 ˙1 12, где к коэффициент кратности, к 1;
р число пар полюсов, р 1;
m число фаз обмотки, m 3.On the gear stator 1, shown in figure 1, there are clearly defined poles 2-13, the number of which with a bipolar winding, 2p 2 is:
Z _o 4 pmк 4 ˙1 ˙3 ˙1 12, where k is the coefficient of multiplicity, k 1;
p is the number of pairs of poles, p 1;
m is the number of winding phases, m 3.

Внутри статора 1 расположен безобмоточный зубчатый ротор 14. Зубцовый шаг статора равен зубцовому шагу ротора. A winding gear rotor 14 is located inside the stator 1. The tooth pitch of the stator is equal to the tooth pitch of the rotor.

Зубцовые гребенки полюсов статора для каждой фазы выполнены с соответствующим смещением относительно оси полюсов. Например, зубцовые гребенки 15, 16 и 17, 18 полюсов первой фазы соответственно 2, 3 и 8, 9 не имеют смещения относительно оси своих полюсов. Зубцовые гребенки 19, 20 и 21, 22 полюсов 6, 7 и 12, 13 второй фазы, а также зубцовые гребенки 23, 24 и 25, 26 полюсов 10, 11 и 4, 5 третьей фазы смещены относительно осей своих полюсов на 1/3 зубцового деления во взаимно противоположных направлениях. The tooth combs of the stator poles for each phase are made with a corresponding offset relative to the axis of the poles. For example, the serrated combs 15, 16 and 17, 18 of the poles of the first phase, respectively, 2, 3 and 8, 9 do not have an offset relative to the axis of their poles. The tooth combs 19, 20 and 21, 22 of the poles 6, 7 and 12, 13 of the second phase, as well as the tooth combs 23, 24 and 25, 26 of the poles 10, 11 and 4, 5 of the third phase are offset relative to the axes of their poles by 1/3 gear division in mutually opposite directions.

На полюсах 2-13 статора расположены секции 27-38 обмоток фаз. Например, для первой фазы на полюсах статора 12, 13, 2 и 3-5, а также 6-8 и 9-11 расположены секции 27, 28 и 29, 30 соответственно. Каждый полюс каждой фазы обмотки образован двумя соседними секциями, каждая из которых имеет шаг, равный половине полюсного деления обмотки. Например, один из полюсов первой фазы обмотки образован секциями 27, 28, расположенными на полюсах статора 12, 13, 2 и 4-6. At the poles 2-13 of the stator, sections 27-38 of the phase windings are located. For example, for the first phase, sections 27, 28 and 29, 30, respectively, are located at the poles of the stator 12, 13, 2 and 3-5, as well as 6-8 and 9-11. Each pole of each phase of the winding is formed by two adjacent sections, each of which has a step equal to half the pole division of the winding. For example, one of the poles of the first phase of the winding is formed by sections 27, 28 located at the poles of the stator 12, 13, 2 and 4-6.

На этих же полюсах 2-13 статора расположена однофазная волновая короткозамкнутая обмотка 39, выполненная из алюминия методом литья под давлением. At the same poles 2-13 of the stator is a single-phase short-circuited wave winding 39 made of aluminum by injection molding.

Секции 27-38 соединены в каждой фазе в две параллельные ветви, одна из которых показана на фиг.2. Секции 27, 28 одного полюса обмотки первой фазы включены в разные параллельные ветви последовательно и встречно с диаметрально противоположными секциями 29 и 30 соответственно другого полюса обмотки и последовательно с диодами 40 и 41, имеющими встречное направление. Sections 27-38 are connected in each phase in two parallel branches, one of which is shown in figure 2. Sections 27, 28 of one pole of the winding of the first phase are connected in different parallel branches in series and in opposite directions with diametrically opposite sections 29 and 30 respectively of the other pole of the winding and in series with diodes 40 and 41 having an opposite direction.

Принцип работы синхронного редукторного электродвигателя состоит в следующем. The principle of operation of a synchronous gear motor is as follows.

Из-за наличия диодов в параллельных ветвях обмоток фаз протекают выпрямленные токи. Переменные составляющие этих токов в каждой из фаз обмотки имеют одинаковые знаки и смещены во времени в фазах обмотки на 1/3 периода. Due to the presence of diodes in the parallel branches of the phase windings, rectified currents flow. The variable components of these currents in each phase of the winding have the same signs and are shifted in time in the phases of the winding by 1/3 of the period.

Постоянные составляющие выпрямленных токов в разных параллельных ветвях каждой фазы имеют встречное направление. The constant components of the rectified currents in different parallel branches of each phase have a counter direction.

Постоянные и переменные составляющие выпрямленных токов образуют в каждой фазе обмотки намагничивающие силы прямоугольной формы, как показано на фиг.3. The constant and alternating components of the rectified currents form in each phase of the winding a magnetizing force of a rectangular shape, as shown in figure 3.

Намагничивающие силы фаз обмотки, складываясь, образуют вращающуюся намагничивающую силу и постоянную намагничивающую силу обмотки, которые имеют одинаковую полюсность. The magnetizing forces of the phases of the winding, folding, form a rotating magnetizing force and a constant magnetizing force of the winding, which have the same pole.

Вращающаяся намагничивающая сила, воздействуя на магнитную проводимость зубчатого воздушного зазора, возбуждает в зазоре магнитные поля прямого, обратного и нулевого следования. The rotating magnetizing force, acting on the magnetic conductivity of the toothed air gap, excites magnetic fields of direct, reverse and zero following in the gap.

Аналогично постоянная намагничивающая сила возбуждает в зазоре постоянное поле и переменное зубцовое поле. Зубцовое поле изменяется во времени с частотой, равной Z₂ ω₂, где Z₂ число зубцов;
ω₂ частота вращения роторов.Similarly, a constant magnetizing force excites a constant field and an alternating tooth field in the gap. The tooth field changes in time with a frequency equal to Z ₂ ω ₂ , where Z _{2 is the} number of teeth;
ω ₂ rotor speed.

Зубцовое поле от постоянной намагничивающей силы взаимодействует с вращающимся полем прямого следования от переменной намагничивающей силы и синхронизирует ротор при низкой скорости вращения, равной
ω₂=ω/Z₂.The tooth field from a constant magnetizing force interacts with a rotating field of direct succession from a variable magnetizing force and synchronizes the rotor at a low rotation speed equal to
ω ₂ = ω / Z ₂ .

Зубцовое поле ротора от вращающейся намагничивающей силы, имеющее нулевое следование, сцепляется с волновой короткозамкнутой обмоткой 39 статора и индуктирует в ней токи. Взаимодействие этих токов с вращающимся полем прямого следования создает асинхронный момент, который улучшает пусковые характеристики двигателя. The tooth field of the rotor from the rotating magnetizing force, which has zero follow, is coupled to the short-circuited wave winding 39 of the stator and induces currents in it. The interaction of these currents with a rotating field of direct succession creates an asynchronous moment, which improves the starting characteristics of the motor.

За счет синхронного вращения ротора предлагаемый двигатель имеет расширенные функциональные возможности по сравнению с прототипом. Due to the synchronous rotation of the rotor, the proposed engine has enhanced functionality compared to the prototype.

Claims

A SYNCHRONOUS REDUCED ELECTRIC MOTOR containing a gear stator with a three-phase winding connected to a star, explicitly made poles are made on the stator, the number of which is a multiple of twice the product of the number of poles and the number of phases of the winding, and the winding gearless rotor, the tooth pitch of the stator is equal to the tooth pitch of the rotor, the tooth combs of the stator poles for the second and third phases are made with a displacement relative to the axes of their poles by 1/3 of the tooth division in mutually opposite directions, each phase of the winding made of two parallel branches, in which sections of the poles of the winding and diodes are included, having opposite directions in adjacent parallel branches of one phase, an additional short-circuited wave winding is made at the poles of the stator, the step of each section of the power winding is made equal to half the pole division of the winding, each pole each phase of the winding is formed by two adjacent sections, while every two sections of each pole of the same polarity of each phase are equally divided into adjacent parallel branches in series and meet but with diametrically opposed sections of opposite polarity poles.