Главная страница  |  Описание сайта  |  Контакты
Патент на изобретение №2468490

(19)

RU

(11)

2468490

(13)

C1

(51) МПК H02K17/08 (2006.01)

H02K1/14 (2006.01)

(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ Статус: по данным на 16.11.2012 - нет данных Пошлина:

(21), (22) Заявка: 2011138793/07, 21.09.2011

(24) Дата начала отсчета срока действия патента:

21.09.2011

Приоритет(ы):

(22) Дата подачи заявки: 21.09.2011

(45) Опубликовано: 27.11.2012

(56) Список документов, цитированных в отчете о

поиске: RU 2421865 C1, 20.06.2011. RU 2010410 C1, 30.03.1994. SU 1410203 A1, 15.07.1988. RU 2028024 C1, 27.01.1995. SU 593284 A1, 15.02.1978. RU 2088028 C1, 20.08.1997. RU 2473 U1, 16.07.1996. DE 69303956 T2, 06.03.1997. US 4371802 А, 01.02.1983. АБРАМОВ А.Д., КУДЕЛЬКО А.Р. Однофазный асинхронный электродвигатель с повышенным пусковым моментом. Электричество, 1990, 12, с.67-69.

Адрес для переписки:

634050, г.Томск, пр. Ленина, 30, ФГБОУ ВПО "Национальный исследовательский Томский политехнический университет", отдел правовой охраны результатов интеллектуальной деятельности

(72) Автор(ы):

Качин Сергей Ильич (RU),

Качин Олег Сергеевич (RU)

(73) Патентообладатель(и):

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский Томский политехнический университет" (RU)

(54) ОДНОФАЗНЫЙ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЬ

(57) Реферат:

Изобретение относится к области электротехники, в частности к электрическим машинам, и может быть использовано при создании однофазных асинхронных электродвигателей с пусковой обмоткой. Технический результат, достигаемый при использовании настоящего изобретения, состоит в упрощении технологии изготовления однофазного асинхронного электродвигателя с вспомогательной обмоткой и увеличенным пусковым моментом. Указанный технический результат достигается за счет того, что в однофазном электродвигателе, содержащем ротор и статор с основными и вспомогательными полюсами с полюсными наконечниками и обмотками, смещенными по отношению друг к другу на половину полюсного деления системы, по осям полюсов основной фазы и в прилегающем к ним ярме статора и полюсных наконечниках выполнены сквозные немагнитные зазоры, ярмо статора выполнено единым для обеих систем полюсов, а полюсы вспомогательной фазы и прилегающие к ним ярмо статора и полюсные наконечники выполнены цельными. При этом согласно изобретению немагнитные зазоры полюсов основной фазы, прилегающего к ним ярма статора и полюсных наконечников выполнены с образованием мостиков насыщения в области или полюсов основной фазы, или прилегающего к ним ярма статора, или полюсных наконечников, или одновременно в области ярма статора и полюсных наконечников. 5 ил.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано при создании электрических машин, в частности однофазных асинхронных электродвигателей с пусковой обмоткой.

Известна конструкция однофазного асинхронного электродвигателя с повышенным пусковым моментом, в котором короткозамкнутый ротор выполнен длиннее в сравнении с магнитопроводом статора с рабочей обмоткой, и в зоне, выступающей относительно статора, ротор охвачен двумя магнитопроводами, каждый из которых имеет С-образную форму и полюсные наконечники (Абрамов А.Д., Куделько А.Р. Однофазный асинхронный электродвигатель с повышенным пусковым моментом // Электричество, 1990, 12, стр.67-69). Данная конструкция предполагает увеличение габаритов и массы изделия в сравнении с традиционным однофазным электродвигателем с вспомогательной обмоткой, а также усложняет технологию его изготовления.

Известна конструкция статора однофазного асинхронного электродвигателя, содержащего сердечник с явно выраженными полюсами, в расточке которого размещена втулка из массивного ферромагнитного материала, состоящая по длине из нескольких частей, а в каждой части втулки в промежутке между соседними полюсами выполнены мостики насыщения, сдвинутые относительно друг друга по окружности в пределах указанного промежутка, а между рядом расположенными мостиками насыщения соседних частей втулки выполнены немагнитные промежутки (Патент РФ 1410203, Н02К 17/04, 1/14, опубл. 1988.07.15). Рассмотренная конструкция статора обеспечивает увеличение пускового момента до 8%, что, однако, в ряде случаев может оказаться недостаточным для обеспечения надежного пуска однофазного электродвигателя. Данная конструкция значительно усложняет технологию и повышает трудоемкость его изготовления.

Известна конструкция однофазного асинхронного электродвигателя (Патент РФ 2010410, МПК Н02К 17/04, опубл. 30.03.1994), содержащего статор с разъемным магнитопроводом, состоящим из ярма и полюсов в виде крестовины, в перемычках между полюсами которой имеются мостики насыщения, расположенные несимметрично относительно оси каждого полюса, обмотку возбуждения и ротор. Мостики насыщения в электродвигателе указанной конструкции предназначены для уменьшения величины магнитного потока, замыкающегося по магнитным перемычкам между полюсами, минуя воздушный зазор между статором и ротором, а также для улучшения формы распределения магнитного поля в воздушном зазоре. Таким образом, мостики насыщения в рассмотренной конструкции электродвигателя выполняют другую задачу и не влияют на ослабление магнитного потока ротора, который свободно может замыкаться по ярму 1. К недостаткам рассматриваемой конструкции следует отнести невысокий пусковой момент, сложность конструкции и повышенную трудоемкость его изготовления.

Известен также однофазный электродвигатель, выбранный в качестве прототипа (Патент РФ 2421865, МПК Н02К 17/08, опубл. 20.06.2011), содержащий ротор и статор с ярмом и двумя системами явно выраженных полюсов с полюсными наконечниками и с обмотками, смещенными по отношению друг к другу на половину полюсного деления системы, причем обмотки, размещенные на полюсах одной системы, образуют основную фазу, а на полюсах другой системы - вспомогательную фазу. По осям полюсов основной фазы и в прилегающем к ним ярме статора и полюсных наконечниках выполнены сквозные немагнитные зазоры. Ярмо выполнено единым для обеих систем полюсов, а полюсы вспомогательной фазы и прилегающие к ним ярмо статора и полюсные наконечники выполнены цельными.

Недостатком рассматриваемого устройства является сложная технология и повышенная трудоемкость его изготовления.

Задачей изобретения является упрощение технологии изготовления однофазного асинхронного электродвигателя с вспомогательной обмоткой.

Поставленная задача достигается тем, что однофазный электродвигатель так же, как в прототипе, содержит ротор и статор с ярмом и двумя системами явно выраженных полюсов с полюсными наконечниками и с обмотками, смещенными по отношению друг к другу на половину полюсного деления системы, причем обмотки, размещенные на полюсах одной системы, образуют основную фазу, а на полюсах другой системы - вспомогательную фазу, а по осям полюсов основной фазы и в прилегающем к ним ярме статора и полюсных наконечниках выполнены сквозные немагнитные зазоры, причем ярмо статора выполнено единым для обеих систем полюсов, а полюсы вспомогательной фазы и прилегающие к ним ярмо статора и полюсные наконечники выполнены цельными.

Согласно изобретению немагнитные зазоры полюсов основной фазы, прилегающего к ним ярма статора и полюсных наконечников выполнены с образованием мостиков насыщения в области или полюсов основной фазы, или прилегающего к ним ярма статора, или полюсных наконечников, или одновременно в области ярма статора и полюсных наконечников.

Технология изготовления предлагаемой конструкции электродвигателя значительно проще, чем у прототипа, так как ярмо статора, основные и вспомогательные полюсы, а также полюсные наконечники выполнены цельными, в результате чего не требуются дополнительные операции по взаимному позиционированию частей статора при сборке электродвигателя.

Выполнение немагнитных зазоров в полюсных наконечниках основных полюсов и в прилегающем к ним ярме статора с образованием мостиков насыщения в заявленной конструкции электродвигателя практически не влияет на величину основного магнитного потока Ф о (фиг.1), создаваемого системой основных полюсов, и на электромагнитные параметры основной фазы статора вследствие выполнения полюсов вспомогательной фазы и прилегающих к ним ярму статора и полюсных наконечников цельными.

Таким образом, уменьшение индуктивности ротора в режимах пуска в конструкции однофазного электродвигателя с вспомогательной обмоткой на фиг.1 сопровождается снижением величины индуктивного сопротивления фазы ротора и, соответственно, повышением пускового момента электродвигателя, поскольку момент критический и скольжение критическое при этом возрастают (Москаленко В.В. Автоматизированный электропривод. М.: Энергоатомиздат, 1986, с.196).

В сравнении с прототипом предлагаемая конструкция однофазного электродвигателя имеет существенно более простую технологию изготовления благодаря наличию мостиков насыщения в любой области ярма статора, основных полюсов или полюсных наконечников, являющихся основными существенными признаками заявленного изобретения. Благодаря наличию мостиков насыщения все части статора электродвигателя, а именно: ярмо статора, основные и вспомогательные полюсы, а также полюсные наконечники - образуют единую конструкцию и могут быть выполнены единовременно путем вырубки из листовой электротехнической стали. В прототипе ярмо статора раздельное и представляет собой две отдельные части, которые при сборке электродвигателя требуют дополнительных операций и технологической оснастки по их взаимному позиционированию. Кроме того, для прототипа обязательным является наличие корпуса, так как отдельные части ярма необходимо фиксировать в процессе производства и эксплуатации электродвигателя. В предложенной конструкции статор электродвигателя является цельным и может служить несущим элементом конструкции, то есть корпус не является обязательным элементом.

При выполнении немагнитных зазоров (фиг.2) в полюсных наконечниках основных полюсов, основных полюсах и в прилегающем к ним ярме статора с образованием мостиков насыщения магнитный поток ротора в режиме пуска электродвигателя (когда создаются максимальные магнитные потоки и происходит ограничение величины магнитного потока в мостиках насыщения) представляет совокупность двух магнитных потоков Ф р ' и Ф р " . Причем каждый из указанных магнитных потоков почти в два раза меньше магнитного потока Ф р , поскольку они создаются уменьшенной (ориентировочно в два раза) магнитодвижущей силой ротора. Соответственно, каждый из магнитных потоков Ф р ' и Ф р " охватывает меньшее число проводников ротора (ориентировочно в два раза) в сравнении с однофазным электродвигателем традиционной конструкции с вспомогательной обмоткой. В результате величина индуктивности ротора в конструкции однофазного электродвигателя с вспомогательной обмоткой (фиг.1-5) значительно уменьшается в режиме пуска. Одновременно с этим мостики насыщения выполняют и позиционирующую функцию, скрепляя и удерживая части ярма статора в виде цельной конструкции.

Следовательно, заявленное изобретение позволяет упростить технологию изготовления настолько, что она становится сопоставима с технологией изготовления электродвигателя традиционной конструкции, и одновременно с этим улучшает пусковые характеристики однофазного электродвигателя с вспомогательной обмоткой.

На фиг.1 представлен вариант активной части однофазного электродвигателя предлагаемой конструкции с вспомогательной обмоткой, у которого мостики насыщения расположены в наконечниках основных полюсов, с отображением силовых линий магнитного поля основных полюсов.

На фиг.2 приведен вариант выполнения активной части однофазного электродвигателя предлагаемой конструкции с вспомогательной обмоткой, у которого мостики насыщения расположены в наконечниках основных полюсов, с отображением силовых линий магнитного поля ротора.

На фиг.3 приведен вариант выполнения активной части однофазного электродвигателя предлагаемой конструкции с вспомогательной обмоткой, у которого мостики насыщения расположены в области основных полюсов, с отображением силовых линий магнитного поля основных полюсов.

На фиг.4 приведен вариант выполнения активной части однофазного электродвигателя предлагаемой конструкции с вспомогательной обмоткой, у которого мостики насыщения расположены во внешней части ярма статора, с отображением силовых линий магнитного поля основных полюсов.

На фиг.5. приведен вариант выполнения активной части однофазного электродвигателя предлагаемой конструкции с вспомогательной обмоткой, у которого мостики насыщения расположены в наконечниках основных полюсов и во внешней части ярма статора, с отображением силовых линий магнитного поля основных полюсов.

Предлагаемая конструкция однофазного электродвигателя (фиг.1) включает в себя ротор 1 с валом 2, статор 3 с ярмами 4, основные полюсы 5 и их полюсные наконечники 6 с основными обмотками 7, а также вспомогательные полюсы 8 и их полюсные наконечники 9 с вспомогательными обмотками 10. По осям основных полюсов 5 основной фазы и в прилегающем к ним ярме 4 статора 3 и полюсных наконечниках 6 выполнены немагнитные зазоры 11 с образованием мостиков насыщения 12, например, в области полюсных наконечников 6. В данной конструкции полюсное деление каждой из систем полюсов составляет 180 градусов, соответственно сдвиг основной и вспомогательной систем полюсов выполнен на 90 градусов относительно друг друга. Возможно выполнение предлагаемой конструкции электродвигателя с большим числом полюсов в каждой из фаз, например с четырьмя полюсами.

Статор 3 предлагаемой конструкции электродвигателя может быть выполнен шихтованным из однотипных штампованных элементов листовой электротехнической стали, включающих ярмо 4, основные полюсы 5 с их полюсными наконечниками 6, вспомогательные полюсы 8 с их полюсными наконечниками 9 (фиг.1-5), либо составным из отдельных элементов (например в виде отдельного ярма 4 и отдельных полюсов 5, 8 с полюсными наконечниками 6, 9 и т.п.). В последнем случае расположение ярма 4 может быть смещено в аксиальном направлении относительно ротора.

Мостики насыщения 12 могут быть выполнены в области основных полюсов 5 (фиг.3), или в области прилегающего к ним ярма 4 (фиг.4), или в области полюсных наконечников 6 (фиг.1, 2), либо одновременно в области ярма статора и полюсных наконечников (фиг.5).

Предлагаемый однофазный электродвигатель с вспомогательной обмоткой работает следующим образом. При включении основной фазы с основными обмотками 7 и вспомогательной фазы с вспомогательными обмотками 10 (имеют большее соотношение активного и индуктивного сопротивлений либо включены последовательно с конденсатором) в сеть переменного напряжения создаются два пульсирующих магнитных потока, сдвинутых в пространстве и во времени. Суммарное магнитное поле статора 3, действующее на ротор 1, будет вращаться в пространстве и наводить в короткозамкнутой обмотке ротора 1 ЭДС, под действием которых в короткозамкнутой обмотке ротора 1 будут протекать токи и создавать магнитный поток ротора 1. При этом в режиме пуска создаются максимальные магнитные потоки и происходит ограничение величины магнитного потока ротора, протекающего в поперечном направлении относительно основных полюсов, имеющих мостики насыщения. Величина ограничения магнитного потока ротора в указанном направлении определяется параметрами мостиков насыщения 12 и может быть выбрана близкой к величине магнитного потока ротора в мостиках насыщения в номинальном режиме работы электродвигателя.

Взаимодействие магнитных потоков статора 3 и ротора 1 создает вращающий момент на роторе 1. Причем наличие немагнитных зазоров 11 и мостиков насыщения 12 приводит к уменьшению индуктивного сопротивления обмотки ротора 1, что сопровождается изменениями во взаимодействии магнитных потоков статора 3 и ротора 1 и увеличением пускового момента электродвигателя. В результате пуск электродвигателя при заданной нагрузке на валу 2 осуществляется за более короткий промежуток времени либо может быть выполнен с увеличенной нагрузкой на валу 2. После выхода электродвигателя в рабочий режим вспомогательная фаза с вспомогательными обмотками 10 может быть отключена, поскольку при рабочей скорости вращения может обеспечиваться достаточный вращающий электромагнитный момент при работе лишь основной фазы с основными обмотками 7 (для электродвигателя с пусковой обмоткой). По мере выхода электродвигателя в рабочий режим влияние мостиков насыщения 12 на механические характеристики электродвигателя снижается, поскольку уменьшается уровень ограничения магнитного потока в данных элементах.

Благодаря наличию мостиков насыщения технология изготовления предложенного однофазного электродвигателя с вспомогательной обмоткой значительно проще в сравнении с прототипом. Одновременно с этим сохранены высокие пусковые характеристики прототипа, позволяющие обеспечить надежный пуск электродвигателя при наличии нагрузки на валу, близкой по величине к номинальной или даже превышающей ее, а также при снижении напряжения питающей сети относительно номинального значения.

Предлагаемый электродвигатель может найти применение в бытовой технике, например в холодильных компрессорах, имеющих существенную нагрузку на валу в момент пуска и работающих в ряде случаев в условиях пониженного напряжения питающей сети.

Формула изобретения

Однофазный электродвигатель, содержащий ротор и статор с ярмом и двумя системами явно выраженных полюсов с полюсными наконечниками и с обмотками, смещенными по отношению друг к другу на половину полюсного деления системы, причем обмотки, размещенные на полюсах одной системы, образуют основную фазу, а на полюсах другой системы - вспомогательную фазу, а по осям полюсов основной фазы и в прилегающем к ним ярме статора и полюсных наконечниках выполнены немагнитные зазоры, причем ярмо статора выполнено единым для обеих систем полюсов, а полюсы вспомогательной фазы и прилегающие к ним ярмо статора и полюсные наконечники выполнены цельными, отличающийся тем, что немагнитные зазоры полюсов основной фазы, прилегающего к ним ярма статора и полюсных наконечников выполнены с образованием мостиков насыщения в области или полюсов основной фазы, или прилегающего к ним ярма статора, или полюсных наконечников, или одновременно в области ярма статора и полюсных наконечников.

РИСУНКИ