RU2103786C1 - Single-phase motor with starter poles - Google Patents
Single-phase motor with starter poles Download PDFInfo
- Publication number
- RU2103786C1 RU2103786C1 RU96100593A RU96100593A RU2103786C1 RU 2103786 C1 RU2103786 C1 RU 2103786C1 RU 96100593 A RU96100593 A RU 96100593A RU 96100593 A RU96100593 A RU 96100593A RU 2103786 C1 RU2103786 C1 RU 2103786C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- rotor
- poles
- main
- starting
- pole
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Permanent Magnet Type Synchronous Machine (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к электротехнике, а точнее к электрическим машинам для бытовой техники, например для стиральных машин, кухонных комбайнов и электронасосов. The invention relates to electrical engineering, and more specifically to electric machines for household appliances, for example for washing machines, food processors and electric pumps.
Известен однофазный электродвигатель индукторного типа, содержащий безобмоточный ротор и статор, который выполнен с дополнительными и основными полюсами, охваченными обмотками. Дополнительные полюса смещены с оси симметрии статора по направлению вращения ротора на некоторый угол. Электродвигатель снабжен блоком управления и источником питания постоянного тока, с которым через переключатель, открываемый по командам блока управления, связана основная обмотка, а в качестве датчика положения ротора используются дополнительные полюса, на одном из которых расположена первичная обмотка, питаемая от сети, на другом - вторичная обмотка, передающая сигналы на блок управления в момент замыкания магнитного контура дополнительных полюсов при повороте ротора (Патент ФРГ N 4012561, H 02 P 7/622 от 20.4.90). Known single-phase inductor-type electric motor containing a non-winding rotor and a stator, which is made with additional and main poles covered by windings. Additional poles are offset from the axis of symmetry of the stator in the direction of rotation of the rotor by a certain angle. The electric motor is equipped with a control unit and a DC power source, with which the main winding is connected through a switch that is opened by the commands of the control unit, and additional poles are used as a rotor position sensor, on one of which is the primary winding, powered from the network, on the other - secondary winding that transmits signals to the control unit at the time of closure of the magnetic circuit of the additional poles when the rotor is rotated (German Patent N 4012561, H 02 P 7/622 from 20.4.90).
Недостатком данного технического решения является невысокое значение фиксирующего момента дополнительного полюса при включении первичной обмотки, выставляющего ротор в стартовое положение при пуске. Кроме того, в кривой электромагнитного момента стартового полюса имеются нулевые, т.е. мертвые зоны, в которых кривая момента переходит через ноль. При наличии на валу момента трения покоя это приводит к тому, что при включенной обмотке стартового полюса при пуске ротор может оказаться в одном из двух положений: либо в нормальном стартовом положении, в котором зубцы ротора располагаются напротив дополнительного полюса, либо в положении, в котором напротив дополнительного полюса будет находиться не зубец, а паз ротора. Во втором случае датчик положения ротора дает запрет на включение обмотки основных полюсов и двигатель не запускается. The disadvantage of this technical solution is the low value of the fixing moment of the additional pole when the primary winding is turned on, exposing the rotor to its starting position at start-up. In addition, in the curve of the electromagnetic moment of the starting pole there are zero, i.e. dead zones in which the moment curve passes through zero. If there is a moment of rest friction on the shaft, this leads to the fact that when the winding of the starting pole is turned on during start-up, the rotor can be in one of two positions: either in the normal starting position, in which the rotor teeth are opposite the additional pole, or in the position in which opposite the additional pole will not be a tooth, but the groove of the rotor. In the second case, the rotor position sensor prohibits the inclusion of the main pole winding and the engine does not start.
Известен однофазный индукторный электродвигатель со стартовыми полюсами, содержащий зубчатый ротор и статор с основными и стартовыми полюсами с размещенными на них обмотками. Согласное включение катушек стартовых полюсов повышает момент стартовых полюсов, устанавливающих ротор в стартовое положение при пуске. (Полезная модель России N 874, HO 2 K 19/06 от 15.03.94)
Недостатком указанного технического решения является также наличие мертвых зон в кривой момента стартового полюса и поэтому неспособность двигателя надежно запускаться при значительном моменте трения покоя на валу.Known single-phase induction motor with starting poles, containing a gear rotor and a stator with main and starting poles with windings placed on them. The consonant inclusion of the coils of the starting poles increases the moment of the starting poles, setting the rotor in the starting position at start-up. (Utility model of Russia N 874, HO 2 K 19/06 dated 03/15/94)
The disadvantage of this technical solution is also the presence of dead zones in the curve of the moment of the starting pole and therefore the inability of the engine to start reliably at a significant moment of rest friction on the shaft.
Предлагаемое изобретение направлено на повышение надежности пуска однофазного электродвигателя со стартовыми полюсами. The present invention is aimed at improving the reliability of starting a single-phase electric motor with starting poles.
Решение указанной задачи обеспечивается предлагаемой конструкцией однофазного электродвигателя со стартовыми полюсами, содержащего безобмоточный ротор и статор, выполненный с основными и стартовыми полюсами и обмотками, причем стартовые полюса смещены относительно основных так, что угол между осями зубцов основных и стартовых полюсов не кратен угловому зубцовому шагу ротора tz, в котором согласно данному изобретению в пазу основного полюса размещен постоянный магнит согласной с основным полюсов намагниченности. Магнит расположен так, что угол между осью магнита и осью зубца стартового полюса не кратен зубцовому шагу tz.The solution to this problem is provided by the proposed design of a single-phase electric motor with starting poles containing a winding-less rotor and a stator made with main and starting poles and windings, the starting poles being offset relative to the main ones so that the angle between the axes of the teeth of the main and starting poles is not a multiple of the angular tooth pitch of the rotor t z , in which according to this invention in the groove of the main pole is placed a permanent magnet consistent with the main poles of magnetization. The magnet is located so that the angle between the axis of the magnet and the axis of the tooth of the starting pole is not a multiple of the tooth pitch t z .
В дальнейшем изобретение поясняется конкретным исполнением со ссылкой на чертежи. The invention is further explained in a specific embodiment with reference to the drawings.
На фиг. 1 показано поперечное сечение однофазного электродвигателя со стартовыми полюсами; на фиг. 2 - зависимости составляющих момента электродвигателя, обусловленных взаимодействием ротора с постоянными магнитами, а также возбужденными основными и стартовыми полюсами от углового положения ротора относительно статора. In FIG. 1 shows a cross-section of a single-phase electric motor with starting poles; in FIG. 2 - dependences of the components of the electric motor moment due to the interaction of the rotor with permanent magnets, as well as the excited main and starting poles, from the angular position of the rotor relative to the stator.
Электродвигатель, показанный на фиг. 1, состоит из магнитопровода статора 1 с основными 2 и 3 и стартовыми 4 и 5 полюсами с размещенными на них катушками соответственно 6, 7 и 8, 9, ротора 10 с зубцами 11 и 12. На полюсах 2 и 3 статора 1 имеются зубцы 13 и пазы 14, катушки 6 и 7 образуют основную обмотку (OO) и в магнитном отношении включены согласно между собой. Катушки 8 и 9 также включены между собой согласно и образуют стартовую обмотку (CO). В пазах 14 основных полюсов 2 и 3, свободных от обмоток, установлены постоянные магниты (ПК) 15. Направление намагниченности магнитов 15 совпадает с намагниченностью соответствующих основных полюсов 2 и 3. Ротор выполнен с угловым зубцовым шагом tz. Стартовые полюсы 4 и 5 смещены с оси симметрии основных полюсов Lоп в направлении вращения ротора так, что составляют с ближайшим зубцом основного полюса угол α = 50 геометрических или 500 электрических градусов.The electric motor shown in FIG. 1, consists of a magnetic circuit of stator 1 with main 2 and 3 and starting 4 and 5 poles with coils 6, 7 and 8, 9 placed on them, rotor 10 with teeth 11 and 12, respectively. There are teeth 13 on poles 2 and 3 of stator 1 and grooves 14, coils 6 and 7 form the main winding (OO) and are magnetically connected according to each other. Coils 8 and 9 are also included among themselves according to and form a starting winding (CO). In the grooves 14 of the main poles 2 and 3, free of windings, permanent magnets (PC) 15 are installed. The direction of magnetization of the magnets 15 coincides with the magnetization of the corresponding main poles 2 and 3. The rotor is made with an angular tooth pitch t z . Starting poles 4 and 5 are offset from the axis of symmetry of the main poles L op in the direction of rotation of the rotor so that they make an angle α = 50 geometric or 500 electrical degrees with the nearest tooth of the main pole.
Перед пуском OO и CO обесточены. Ротор 10 устанавливается в стартовое положение синхронизирующим моментом Мпм, обусловленным взаимодействием магнитного поля ПМ с зубцами 11 ротора. Исходным при пуске является положение ротора, в котором ПМ 15 находится напротив зубцов ротора 11. Этому положению ротора на фиг. 1 соответствует точка g на фиг. 2, в которой момент, действующий на ротор со стороны ПМ, равен нулю. Это точка устойчивого равновесия, так как при малейших отклонениях в угловом положении ротора возникает момент, возвращающий его в эту точку. В CO подается импульс тока. Под действием момента Mg, созданного взаимодействием возбужденного стартового полюса и ротора, ротор начинает вращение по часовой стрелке. Ротор продолжает вращение до углового положения, в котором моменты, созданные полями ПМ и CO, равны по величине и противоположны по направлению. Этому положению на фиг. 2 соответствует точка j. В этом положении ротор после некоторых колебаний занимает устойчивое положение и готов к старту в заданном направлении, а именно по часовой стрелке.Before starting, OO and CO are de-energized. The rotor 10 is installed in the starting position by the synchronizing moment Mpm, due to the interaction of the magnetic field PM with the teeth 11 of the rotor. The starting position is the rotor position in which the PM 15 is opposite the teeth of the rotor 11. This rotor position in FIG. 1 corresponds to point g in FIG. 2, in which the moment acting on the rotor from the PM is zero. This is a point of stable equilibrium, since at the slightest deviations in the angular position of the rotor, a moment arises that returns it to this point. A current pulse is applied to CO. Under the action of the moment M g created by the interaction of the excited start pole and the rotor, the rotor begins to rotate clockwise. The rotor continues rotation to an angular position in which the moments created by the PM and CO fields are equal in magnitude and opposite in direction. This position in FIG. 2 corresponds to point j. In this position, the rotor after some fluctuations occupies a stable position and is ready to start in a given direction, namely, clockwise.
В этом положении в OO подается ток и одновременно CO обесточивается. На ротор действует момент Mj, под действием которого ротор начинает вращение по часовой стрелке. Ротор продолжает вращение под действием положительного момента, создаваемого возбужденными основными полюсами. Вращению противодействует незначительный, по сравнению с моментом от основных полюсов, отрицательный момент, созданный полем ПМ, в положении, в котором зубец ротора располагается напротив зубца основного полюса, OO обесточивается. Этому угловому положению ротора на фиг. 2 соответствует точка е. В противном случае при дальнейшем движении на ротор будет действовать отрицательный момент. Ротор продолжает вращение за счет запасенной кинетической энергии и незначительного положительного момента от ПМ. В угловом положении ротора, в котором зубец ротора располагается напротив паза основного полюса, т.е. на оси Lп, в обмотку основных полюсов вновь подается импульс тока. Этому положению ротора на фиг. 2 соответствует точка h. В дальнейшем на ротор действует положительный момент от основных полюсов Мoo и незначительный отрицательный момент Мпм. Следующее обесточивание обмотки основных полюсов последует в точке i и т.д.In this position, current is supplied to the OO and the CO is de-energized at the same time. The moment M j acts on the rotor, under the influence of which the rotor begins to rotate clockwise. The rotor continues to rotate under the action of a positive moment created by the excited main poles. The rotation is counteracted by an insignificant, compared with the moment from the main poles, negative moment created by the PM field, in the position in which the rotor tooth is opposite the tooth of the main pole, OO is de-energized. This angular position of the rotor in FIG. 2 corresponds to point e. Otherwise, with further movement, a negative moment will act on the rotor. The rotor continues to rotate due to the stored kinetic energy and a slight positive moment from the PM. In the angular position of the rotor, in which the tooth of the rotor is located opposite the groove of the main pole, i.e. on the axis L p , a current pulse is again supplied to the winding of the main poles. This rotor position in FIG. 2 corresponds to the point h. Subsequently, a positive moment from the main poles M oo and a slight negative moment Mpm act on the rotor. The next blackout of the winding of the main poles will follow at point i, etc.
Последовательная подача таковых импульсов в OO обеспечивает разгон и работу двигателя в установившемся режиме. Своевременная подача токовых импульсов в обмотку основных полюсов может быть осуществлена от электронного коммутатора с использованием датчика положения ротора. The sequential supply of such pulses to the OO provides acceleration and engine operation in steady state. Timely supply of current pulses to the winding of the main poles can be carried out from an electronic switch using a rotor position sensor.
При отсутствии момента на валу неподвижного ротора последний всегда занимает устойчивое угловое положение, в котором зубцы ротора располагаются по оси Lm ПМ (точки g или d на фиг. 2). Угловое положение ротора, соответствующее на фиг. 2 точке f, при отсутствии момента на валу неподвижного ротора является точкой неустойчивого равновесия, из которого ротор всегда переходит в устойчивое положение (точки g или d на фиг. 2). Однако при наличии на неподвижном валу момента трения покоя Мст, который особенно проявляется при остановке резинового сальника на валу двигателя, работавшего в составе водяного насоса, ротор при установке в стартовое положение постоянными магнитами может застревать в зоне, ограниченной на фиг.2 прямыми q и р. В этом случае подача токового импульса в CO обеспечивает действующий на ротор отрицательный момент Мос, который по величине находится между Mg и Mp и направлен против часовой стрелки. Под действием этого момента ротор переходит в окрестность точки J, из которого происходит запуск двигателя подачей токовых импульсов в основную обмотку (аналогично ранее описанному).If there is no moment on the shaft of the fixed rotor, the latter always occupies a stable angular position in which the teeth of the rotor are located on the axis L m PM (points g or d in Fig. 2). The angular position of the rotor corresponding to FIG. 2 point f, in the absence of a moment on the shaft of a fixed rotor, is a point of unstable equilibrium, from which the rotor always goes into a stable position (points g or d in Fig. 2). However, if there is a resting friction moment M st on the fixed shaft, which is especially evident when the rubber gland stops on the shaft of the engine operating as part of the water pump, the rotor can become stuck in the starting position with permanent magnets in the area limited by direct q and R. In this case, the supply of a current pulse to CO provides the negative moment M oc acting on the rotor, which is between M g and M p in magnitude and directed counterclockwise. Under the influence of this moment, the rotor passes into the vicinity of point J, from which the engine starts to run by applying current pulses to the main winding (similar to the previously described).
Применение в предлагаемой конструкции двигателя постоянных магнитов позволяет обеспечить надежный пуск при наличии на неподвижном валу момента трения покоя. Это достигается за счет соответствующего размещения магнитов, установленных так, что угол между осями ПМ и стартовых полюсов не кратен tz. В этом случае мертвые зоны стартовых полюсов и ПM не совпадают и двигатель запускается в соответствии с приведенным выше описанием. The use of permanent magnets in the proposed motor design allows for reliable start-up if there is a rest friction moment on a fixed shaft. This is achieved due to the appropriate placement of magnets installed so that the angle between the axes of the PM and the starting poles is not a multiple of tz. In this case, the dead zones of the starting poles and PM do not match and the engine starts in accordance with the above description.
В двигателях без ПМ либо с ПМ, но установленных по другому, мертвые зоны стартовых полюсов и ПМ совпадут и будут в окрестности точек n или m (см. фиг. 2). В этом случае при моменте на валу неподвижного ротора Mст последний может застрять в указанной мертвой зоне при включенной CO. При этом электронный коммутатор не подаст импульс тока в основную обмотку, так как ротор будет находиться в зоне отрицательного момента основных полюсов. То есть в этом случае на включение OO действует запрет, обусловленный командами от датчика положения ротора, разрешающего включение OO только в области положительных моментов, создаваемых основными полюсами. Установка ПМ предлагаемым способом не позволит ротору находиться в окрестности точек n или m за счет действия момента, создаваемого ПМ. Под действием Мпм ротор займет устойчивое положение соответственно в точках g или d.In engines without PM or with PM, but installed differently, the dead zones of the starting poles and PM coincide and will be in the vicinity of points n or m (see Fig. 2). In this case, with a moment on the shaft of the fixed rotor M st, the latter can become stuck in the indicated dead zone with the CO turned on. In this case, the electronic switch will not give a current pulse to the main winding, since the rotor will be in the zone of the negative moment of the main poles. That is, in this case, the prohibition on turning on the OO is subject to a ban caused by commands from the rotor position sensor, which allows the inclusion of OO only in the region of positive moments created by the main poles. The PM installation by the proposed method will not allow the rotor to be in the vicinity of points n or m due to the action of the moment created by the PM. Under the action of M pm the rotor will take a stable position at points g or d, respectively.
Наиболее рациональной является установка ПМ таким образом, чтобы ось ПМ была сдвинута против вращения ротора относительно оси Lп соответствующего паза основного полюса, в котором установлен данный ПМ, на угол β = (0,05 - 0,25)tz. При таком расположении мертвые зоны ПМ и стартовых полюсов значительно раздвинуты, что повышает допустимый момент Мст, при котором двигатель обеспечивает надежный запуск.The most rational is the installation of the PM so that the PM axis is shifted against the rotation of the rotor relative to the axis L p of the corresponding groove of the main pole in which this PM is installed, by an angle β = (0.05 - 0.25) tz. With this arrangement, the dead zones of the PM and the starting poles are significantly apart, which increases the permissible moment M st at which the engine provides reliable start.
Постоянные магниты следует устанавливать так, чтобы направление их намагниченности совпадало с направлением магнитного поля основных полюсов. В противном случае ПМ размагничивается встречным полем. Permanent magnets should be installed so that the direction of their magnetization coincides with the direction of the magnetic field of the main poles. Otherwise, the PM is demagnetized by the oncoming field.
Таким образом, положительный эффект предлагаемого решения состоит в повышении надежности пуска двигателя за счет размещения в пазах основных полюсов ПМ таким образом, чтобы мертвые зоны стартовых полюсов и ПМ не совпадали. Thus, the positive effect of the proposed solution is to increase the reliability of starting the engine by placing the main poles of the PM in the grooves so that the dead zones of the starting poles and the PM do not coincide.
Claims (2)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU96100593A RU2103786C1 (en) | 1996-01-10 | 1996-01-10 | Single-phase motor with starter poles |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU96100593A RU2103786C1 (en) | 1996-01-10 | 1996-01-10 | Single-phase motor with starter poles |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2103786C1 true RU2103786C1 (en) | 1998-01-27 |
| RU96100593A RU96100593A (en) | 1998-02-10 |
Family
ID=20175684
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU96100593A RU2103786C1 (en) | 1996-01-10 | 1996-01-10 | Single-phase motor with starter poles |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2103786C1 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2013141757A1 (en) * | 2012-03-19 | 2013-09-26 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина" | Single-phase electric machine |
| RU2629753C2 (en) * | 2016-01-25 | 2017-09-01 | Александр Дмитриевич Петрушин | Gate-inductor electric machine |
-
1996
- 1996-01-10 RU RU96100593A patent/RU2103786C1/en active
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 2. RU, полезная модель, 874, кл. H 02 K 19/06, 1995. * |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2013141757A1 (en) * | 2012-03-19 | 2013-09-26 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина" | Single-phase electric machine |
| RU2524144C2 (en) * | 2012-03-19 | 2014-07-27 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина" | Single-phase electrical machine |
| RU2629753C2 (en) * | 2016-01-25 | 2017-09-01 | Александр Дмитриевич Петрушин | Gate-inductor electric machine |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP3366662B2 (en) | Apparatus for controlling switching frequency of power signal applied to each phase winding of brushless commutation motor | |
| KR960006216A (en) | Dynamo Electric Machinery and its starting method | |
| RU2103786C1 (en) | Single-phase motor with starter poles | |
| RU2222862C2 (en) | Method for electric power supply under starting and steady state conditions to permanent-magnet synchronous motor including that designed to set in motion hydraulic pump | |
| JPS5785600A (en) | Bidirectional rotating pulse motor drive circuit | |
| SK284657B6 (en) | Method for driving a single phase synchronous motor and device for thereof | |
| RU2221323C2 (en) | Magnetic circuits in revolving system for generating both mechanical and electrical energy | |
| RU2453968C2 (en) | Single-phase valve electric drive | |
| EP1211787A1 (en) | Electric motor with electronic control | |
| JPS5678368A (en) | Hall motor | |
| RU2091977C1 (en) | Method of control of single-phase start-pole inductor electric motor (variants) | |
| JPS5443513A (en) | Rotor dc excitation pulse motor | |
| US6150790A (en) | Method for the starting and steady-state supply of a permanent-magnet synchronous motor particularly for driving a hydraulic pump | |
| RU2342764C1 (en) | Synchronous self-starting motor | |
| RU168789U1 (en) | Permanent Magnet Electric Machine | |
| RU2187878C1 (en) | Electrical machine | |
| RU2084074C1 (en) | Single-phase inductor motor starting system | |
| RU2040096C1 (en) | Single-phase field structured electric motor | |
| CH620331B (en) | SINGLE-PHASE STEPPER MOTOR. | |
| JPS6084955A (en) | Emergency diesel engine generator | |
| US4524293A (en) | 4-Pole electric motor | |
| SU1198678A1 (en) | One-phase step motor | |
| RU2266606C2 (en) | Electrical machine | |
| RU874U1 (en) | Single-phase induction motor with start poles | |
| SU1603515A1 (en) | A.c. electric drive |