RU2091969C1

RU2091969C1 - Commutatorless dc motor

Info

Publication number: RU2091969C1
Application number: RU95114574/07A
Authority: RU
Inventors: Л.М. Епифанова; И.В. Житенска; И.В. Житенская; Г.А. Максимов; ков В.В. Хот; В.В. Хотяков
Original assignee: Проектно-технологическо-производственная фирма "Элма-Ко"
Priority date: 1995-08-21
Filing date: 1995-08-21
Publication date: 1997-09-27

Abstract

FIELD: power electric drives and various automatic control systems. SUBSTANCE: motor has stator 1 whose teeth carry m-phase winding 3 and multi-pole rotor using permanent magnets 6. One coil is wound on every tooth 2 of stator. Phases are spaced at 120 deg. Every phase has two equal coil groups. Every group includes three adjacent teeth which carry windings of one phase. Direction of winding inside coil groups alternates. Direction of winding on teeth is the same, but it is shifted through 180 deg. EFFECT: enhanced efficiency of motor operation. 3 dwg

Description

Изобретение относится к электротехнике, к бесколлекторным электрическим машинам постоянного тока и может быть использовано как в силовых электроприводах, так и в различных системах автоматики. The invention relates to electrical engineering, to brushless DC electric machines and can be used both in power electric drives and in various automation systems.

Известны бесколлекторные двигатели постоянного тока [1, 2] достоинством которых является значительное улучшение характеристик путем определенного соотношения числа зубцов статора и полюсов ротора. Прототипом данного изобретения служит бесколлекторный двигатель постоянного тока [2] к основным недостаткам которого относятся жесткая фиксация упомянутого соотношения и трудности, возникающие при увеличении числа полюсов, которые настолько велики, что реализация становится экономически неоправданной. Предлагаемое решение лишено этих недостатков. Known brushless DC motors [1, 2] whose advantage is a significant improvement in performance by a certain ratio of the number of stator teeth and rotor poles. The prototype of this invention is a brushless DC motor [2], the main disadvantages of which are the rigid fixation of the above ratio and the difficulties arising from the increase in the number of poles, which are so large that the implementation becomes economically unjustified. The proposed solution is devoid of these disadvantages.

Задачей изобретения является повышение удельного момента бесколлекторных двигателей постоянного тока (БДПТ). В ряду различных подходов к решению данной проблемы наиболее эффективным по многим критериям является электромагнитное редуцирование, достигаемое путем использования в качестве рабочих не только первой гармоники магнитного поля двигателя, но и широкого спектра высших гармоник, которые усиливаются за счет определенной конфигурации статора и ротора. The objective of the invention is to increase the specific moment of brushless DC motors (BDTT). In a number of different approaches to solving this problem, the most effective according to many criteria is electromagnetic reduction, achieved by using not only the first harmonic of the magnetic field of the engine as workers, but also a wide range of higher harmonics, which are amplified due to a certain configuration of the stator and rotor.

БДПТ состоит из магнитопроводящего статора Выполненного с z одинаковыми, равномерно распределенными зубцами, число которых кратно числу фаз обмотки m, и ротора с 2 p чередующимися полюсами из постоянных магнитов, намагниченных в радиальном направлении. Статор и ротор разделены радиальным воздушным зазором. Число полюсов ротора отличается от числа зубцов статора на 2k, где k любое положительное целое число. 2p и z должны обеспечивать минимальное значение k. На z зубцах статора m-фазная обмотка намотана таким образом, что каждый зубец статора представляет собой явновыраженный полюс. Она является обмоткой катушечного типа, причем на каждом полюсе (зубце) находится по одной катушке. В дальнейшем такую обмотку будем называть концентрической. Каждая фаза обмотки состоит из 2k возможно неравных катушечных групп. Намотка на зубце-полюсе должна осуществляться в таком направлении, чтобы имело место ее чередование внутри катушечных групп. На зубцах одной фазы, сдвинутых на 180^o/k, направление намотки одинаково, если k нечетная величина, и встречно, если k четная величина. Такая намотка обеспечивает сдвиг между фазами α_m.BDTT consists of a magnetically conducting stator Made with z identical, uniformly distributed teeth, the number of which is a multiple of the number of winding phases m, and a rotor with 2 p alternating poles of permanent magnets magnetized in the radial direction. The stator and rotor are separated by a radial air gap. The number of rotor poles differs from the number of stator teeth by 2k, where k is any positive integer. 2p and z should provide a minimum value of k. On the z stator teeth, the m-phase winding is wound in such a way that each stator tooth is a distinct pole. It is a coil-type winding, and at each pole (prong) is one coil. In the future, such a winding will be called concentric. Each winding phase consists of 2k possibly unequal coil groups. Winding at the pole-tooth should be carried out in such a direction that there is an alternation inside the coil groups. On the teeth of one phase shifted by 180 ^o / k, the direction of winding is the same if k is an odd value, and counter if k is an even value. This winding provides a shift between the phases α _m .

где α_m сдвиг между фазами;
m число фаз обмотки.

where α _{m is the} shift between phases;
m is the number of winding phases.

Каждая фаза обмотки соединена с коммутатором, который по информации о положении ротора в соответствии с определенной схемой управляет протеканием тока по фазе. В результате полюса статора намагничиваются той или иной полярностью и, взаимодействуя с полюсами ротора, создают момент движения. Each phase of the winding is connected to a switch, which according to the information on the position of the rotor in accordance with a certain scheme controls the flow of current in phase. As a result, the stator poles are magnetized by one or another polarity and, interacting with the poles of the rotor, create a moment of motion.

Описанные выше основные элементы конструкции БДПТ, характерными чертами которой являются малое отличие числа зубцов статора от количества полюсов ротора и намотанная по определенному правилу концентрическая обмотка, позволяют создать двигатель с повышенным удельным моментом. Кроме того, применение данного принципа построения БДПТ предполагает дополнительные преимущества, а именно, разнесение между собой проводников обмоток разных фаз, что увеличивает общую надежность электродвигателя, отсутствие статического момента, а также возможность изготовления двигателя с различным числом фаз при том же конструктивном исполнении статора и ротора путем выбора определенного числа зубцов статора и полюсов ротора. The main structural elements of the BJTT described above, the characteristic features of which are a small difference in the number of stator teeth from the number of rotor poles and a concentric winding wound according to a certain rule, allow you to create an engine with a high specific torque. In addition, the application of this principle of building a BJTT implies additional advantages, namely, the spacing of the conductors of the windings of different phases among themselves, which increases the overall reliability of the electric motor, the absence of a static moment, and the ability to manufacture an engine with a different number of phases with the same design of the stator and rotor by selecting a certain number of stator teeth and rotor poles.

На фиг. 1 показаны основные элементы конструкции БДПТ; на фиг. 2 - трехфазная схема обмоток БДПТ; на фиг. 3 двухфазная схема обмоток БДПТ. In FIG. 1 shows the main structural elements of the BJT; in FIG. 2 - three-phase circuit of windings BDPT; in FIG. 3 two-phase circuit of windings BDPT.

На фиг. 1 представлен статор 1, на зубцах 2 которого намотана m-фазная обмотка 3, и отделенный от него радиальным воздушным зазором 4 многополюсный ротор 5 на постоянных магнитах 6. На данной фигуре показан вариант конструкции, в которой 18 зубцов на статоре и 16 полюсов на роторе, отличающихся от числа зубцов статора на 2k равное 2. На фиг. 2 представлена схема трехфазной обмотки, используемая в сочетании с конструкцией на фиг. 1. При этом на каждом зубце 2 статора 1 намотано по одной катушке, фазы между собой разнесены на 120 электрических градусов, каждая из фаз состоит из двух (соответственно числу 2k) равных катушечных групп 7, в каждую из которых входят 3 соседних зубца, на которых находятся обмотки одной фазы. Направление намотки на фиг. 2 выполнено таким образом, чтобы внутри катушечных групп оно чередовалось и чтобы это направление на зубцах, сдвинутых на 180^o, было согласно. На фиг. 3 представлена схема двухфазной обмотки, используемая в сочетании с конструкцией на фиг. 1. При этом на каждом зубце 2 статора 1 намотано по одной катушке, фазы между собой сдвинуты на 90 электрических градусов, каждая из фаз состоит из двух неравных катушечных групп 7, в одну входит 5 зубцов, а во вторую 4. Направление намотки на фиг. 3 выполнено таким образом, чтобы внутри катушечных групп оно чередовалось, и на катушках одной фазы, сдвинутых на 180^o, было согласно.In FIG. 1 shows a stator 1, on the teeth 2 of which an m-phase winding 3 is wound, and a multi-pole rotor 5 with permanent magnets 6 separated by a radial air gap 4. This figure shows a design variant in which 18 teeth on the stator and 16 poles on the rotor differing from the number of stator teeth by 2k equal to 2. In FIG. 2 is a three-phase winding diagram used in conjunction with the structure of FIG. 1. At the same time, each tooth 2 of stator 1 is wound one coil, the phases are separated by 120 electrical degrees, each phase consists of two (corresponding to the number 2k) equal coil groups 7, each of which includes 3 adjacent teeth, which are the windings of one phase. The winding direction in FIG. 2 is designed so that inside the coil groups it alternates and that this direction on the teeth shifted by 180 ^o is consistent. In FIG. 3 is a diagram of a two-phase winding used in combination with the structure of FIG. 1. At the same time, one coil is wound on each tooth 2 of stator 1, the phases are shifted by 90 electrical degrees, each phase consists of two unequal coil groups 7, one includes 5 teeth, and the second 4. The direction of winding in FIG. . 3 is designed so that inside the coil groups it alternates, and on the coils of one phase, shifted by 180 ^o , was according.

Пример, приведенный на фиг. 1 3, демонстрирует одно из преимуществ данного изобретения, когда при неизменной конструкции статора и ротора можно выполнить как двух-, так и трехфазный двигатель. The example shown in FIG. 1 3, demonstrates one of the advantages of the present invention, when with a constant design of the stator and rotor, both a two- and three-phase motor can be made.

Claims

Brushless DC motor containing a stator with Z equally uniformly distributed teeth, on which the m-phase winding is placed, and a rotor with 2p alternating poles of permanent magnets, magnetized in the radial direction, characterized in that the number of stator teeth Z is a multiple of the number of phases m , and the number of poles of the rotor 2p are chosen so that the difference between them 2K, where K is a positive integer, is minimal, and the m-phase winding, which is a concentric winding, each phase of which consists of a 2K coil GOVERNMENTAL groups is wound so that the winding direction of the stator teeth alternated within each coil group and so on teeth of one phase, shifted by 180 ^o / K, the winding direction were willing for odd K and a counter for even K.