RU2093945C1

RU2093945C1 - Single-phase synchronous motor

Info

Publication number: RU2093945C1
Application number: RU94041978A
Authority: RU
Inventors: М.Х. Салахов
Original assignee: Акционерное общество "АвтоВАЗ"
Priority date: 1994-11-25
Filing date: 1994-11-25
Publication date: 1997-10-20
Also published as: RU94041978A

Abstract

FIELD: electrical engineering. SUBSTANCE: motor has stator with coil placed inside it, and multipole permanent-magnet rotor. Coil is secured inside stator by means of magnetic core parts and is placed inside them. Each magnetic core part is built up of two parts 6 and 7 forming each pole of two halves 8 and 9. Magnetic core parts 6 and 7 are separated by screen 10 made in the form of disk having through holes 11 to pass halves 9 of each pole. Proposed machine can be used as stepping motor. EFFECT: improved starting and operating characteristics of motor throughout entire range of controlled speed from zero to maximum value due to improved flux linkage between stator and rotor and due to better screening of motor poles. 5 cl, 4 dwg

Description

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. The invention relates to the field of electrical engineering, namely to electrical machines, and can be used, in particular, as a single-phase self-starting synchronous electric motor with a rotor made of a permanent magnet.

Уже известен однофазный синхронный электродвигатель, описанный в авторском свидетельстве СССР (SU) N1836786, кл. H 02 K 21/16, 1993. A single-phase synchronous electric motor is already known, described in the USSR copyright certificate (SU) N1836786, class. 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. Known single-phase synchronous electric motor contains a stator with a ring coil located inside the nodes of the magnetic circuit with two groups of claw-shaped poles, and a rotor with a multi-pole permanent magnet. The number of claw-shaped poles is equal to the number of poles of the rotor magnet. Each magnetic circuit assembly includes a shielding plate of complex shape, through the openings of which the bands of one of the groups extend. In this case, the shielding plate performs the function of a short-circuit winding, creating a phase shift between the magnetic fluxes of the shielded and unshielded poles. Thus, a rotating stator magnetic field is formed.

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. However, the starting and operating characteristics of this electric motor are not optimized enough. This is due to the presence of two zones at the junctions of the groups of poles with each other, where the maximum flux linkage of the poles of the magnetic circuit and rotor is not ensured due to the inequality of their pole divisions and the presence of shortened poles. The weakened shielding caused by the narrowing of the inter-pole jumper of the shielding plate at the junction from the side of the shortened poles leads to the same result.

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. The objective of the invention is to improve the starting and operating characteristics of a single-phase synchronous motor by ensuring the maximum possible flux linkage of the stator and rotor and increasing the efficiency of the shielding of the poles.

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. The indicated problem in a single-phase synchronous electric motor containing a stator with an annular coil located inside the magnetic circuit nodes with claw-shaped poles, the number of which is equal to the number of poles of the multi-pole rotor magnet, and part of the poles of each magnetic circuit node is shielded by a short-circuit winding, each magnetic circuit node is composed of two separated by a shield of magnetic parts, made in the form of a disk with through holes, the size of which is larger than the size of half of the pole, extending through him.

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. According to the invention, half of each pole equally spaced relative to the axis of the pole can be shielded. In addition, all adjacent poles of the magnetic parts are offset one relative to the other by 180 el. hail. their halves are made with a pole arc length equal to 0.2 0.4 of the length of the pole division arc, and with a tangential gap between them 0.1 0.3 of the length of the pole division arc.

В частном случае экранированная половина каждого полюса электродвигателя выполняется длиннее смежной с ней половины полюса на величину, равную сумме толщины экрана и толщины магнитопровода. In the particular case, the shielded half of each pole of the electric motor is longer than the adjacent half of the pole by an amount equal to the sum of the thickness of the screen and the thickness of the magnetic circuit.

Магнитопроводные части электродвигателя могут быть соединены посредством внешнего магнитопровода статора. The magnetic parts of the electric motor can be connected via an external magnetic circuit of the stator.

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". The above set of features in comparison with the prior art allows us to conclude that the claimed technical solution meets the criterion of "novelty." At the same time, the combination of distinctive features, leading to the solution of the problem, does not explicitly follow from the prior art, therefore, the claimed technical solution meets the criterion of "inventive step".

Изобретение поясняется следующими чертежами. The invention is illustrated by the following drawings.

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. In FIG. 1 schematically shows a magnetic motor system; in FIG. 2 shows a pole scan of a magnetic circuit with a screen; in FIG. 3 is a perspective view of a portion of a magnetic circuit assembly forming a pole of one polarity; in FIG. 4 is a sectional view of an electric motor.

Однофазный синхронный электродвигатель содержит статор 1 с установленной в нем катушкой 2 и ротор 3 с постоянным магнитополюсным магнитом 4. A single-phase synchronous electric motor contains a stator 1 with a coil 2 installed in it and a rotor 3 with a permanent magnet pole 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. The coil 2 is installed in the stator 1 through the nodes of the magnetic circuit 5 and is located inside them. Each node of the magnetic circuit 5 is composed of two magnetic parts 6, 7, forming each pole of two halves 8, 9. The magnetic parts 6, 7 are separated by a screen 10 made in the form of a disk with through holes 11 through which half 9 of each pole extends. Thus, half 9 of each pole is covered by the screen 10. Since the free ends of the poles of each corner of the magnetic circuit 5 are in the same plane, the shielded half 9 of each pole is longer than the adjacent half of the 8 poles by an amount equal to the sum of the thickness of the screen 10 and the thickness of the magnetic part 6 All magnetic parts are connected by an external magnetic circuit 12 of the stator 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. The poles of the nodes of the magnetic circuit 5 are evenly spaced around the circumference with an offset of 180 el. hail. as shown in FIG. 1 and 2. The length of the pole arc of each half of the pole lies within 0.2 0.4 of the length of the pole division arc, which is caused, on the one hand, by the magnetic saturation of the poles and their strength properties, and, on the other hand, by the scattering of the magnetic field through neighboring poles. The tangential gap between the halves 8, 9 of each pole is 0.1 0.3 of the length of the pole division arc, which is also due to the need to reduce the mutual dispersion of the magnetic fields of halves 8, 9 of each pole and the strength properties of the material from which they are made.

Однофазный синхронный электродвигатель работает следующим образом. Single-phase synchronous motor operates as follows.

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. When connected to an AC network, coil 2 generates an alternating magnetic field, the intensity of which is concentrated in the air gap between the halves of the 8, 9 poles and the permanent magnet 4. Since half 9 of each pole is covered by the screen 10, the alternating magnetic field is phase shifted through this half of the pole in the direction of the lag relative to the magnetic field passing through the unshielded half 8 of the same pole. Thus, alternating magnetic fields through the halves 8, 9 of the pole form a rotating magnetic field that interacts with the permanent magnet 4 of the rotor 3 and carries it along with it into synchronous rotation.

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. Starting and unidirectional rotation of a single-phase synchronous electric motor are achieved by the interaction of a rotating, close to circular, magnetic field created by the stator coil with the poles of a permanent magnetic rotor. Therefore, the starting and operating characteristics of the electric motor depend on the magnitude of the flux linkage of the stator and rotor and on the degree of ellipticity of the rotating magnetic field of the stator, which depends on the screening efficiency of some of the poles.

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. As can be seen from FIG. 1 and FIG. 2, all the opposite poles of the nodes of the magnetic circuit 5 are located absolutely symmetrically through the pole division (180 degrees.) And their number is equal to the number of poles of the permanent magnet 4 of the rotor 3. The applied shielding system eliminates the narrowing of the interpolar jumpers of the screen 10. As a result, the proposed motor has the maximum possible flux linkage of the stator 1 and rotor 3, the shape of the magnetic field of the stator 1 is as close to circular as possible, thereby improving the starting and operating characteristics of a single-phase electric motor tor.

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. The proposed electric motor can be used as a single-phase stepper motor. At the same time, due to the greater degree of shielding of the poles and, as a consequence, an increase in internal damping, the stepper motor provides stable and stable operation in the entire range of control frequencies from zero to maximum.

Claims

1. A single-phase synchronous motor containing a stator with an annular coil located inside the magnetic circuit nodes with claw-shaped poles, the number of which is equal to the number of poles of the multi-pole rotor magnet, and some of the poles of each magnetic circuit node is shielded by a short-circuit winding, characterized in that each magnetic circuit node consists of two magnetic conductors parts separated by a screen made in the form of a disk with through holes, the size of which is larger than the size of a half pole extending through about.

2. The electric motor according to claim 1, characterized in that half of each pole is shielded equally located relative to the axis of the pole.

3. The electric motor according to claim 1, characterized in that all adjacent poles of the magnetic circuit are offset one relative to another by 180 degrees. their halves are made with a pole arc length equal to 0.2 0.4 of the length of the pole division arc, and with a tangential gap between them 0.1 0.3 of the length of the pole division arc.

4. The electric motor according to claim 1, characterized in that the shielded half of each pole is longer than the adjacent half of the pole by an amount equal to the sum of the thickness of the screen and the thickness of the magnetic circuit.

5. The electric motor according to claim 1, characterized in that the magnetic parts are connected by means of an external magnetic circuit of the stator.