RU2047936C1 - Synchronous motor - Google Patents

Abstract

FIELD: electrical engineering. SUBSTANCE: motor has stator with m-phase concentrated winding each of whose coils embraces one tooth of stator, rotor with alternating-polarity poles with pole pairs 2p and number of stator slots Zc interrelated by equation given in description of invention. EFFECT: improved mass and size characteristics. 2 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к электротехнике, а следовательно к синхронным электродвигателям, и может быть использовано как в силовых электроприводах, так и в различных системах автоматики. The invention relates to electrical engineering, and therefore to synchronous motors, and can be used both in power electric drives and in various automation systems.

Известны синхронные электродвигатели с активным ротором, состоящим из чередующихся по полярности полюсов, выполненных из постоянных магнитов, и размещенной в пазах статора многофазной распределенной обмотки [1]
Основными недостатками таких синхронных двигателей малой и средней мощности являются сравнительно низкие массогабаритные показатели, что обусловлено малой величиной ампер-витков в пазах статора, поскольку площадь его пазов уменьшается пропорционально второй степени диаметра двигателя.Known synchronous motors with an active rotor, consisting of alternating poles of poles made of permanent magnets and placed in the grooves of the stator of a multiphase distributed winding [1]
The main disadvantages of such synchronous motors of small and medium power are relatively low weight and dimensions, which is due to the small amount of ampere turns in the grooves of the stator, since the area of its grooves decreases in proportion to the second degree of the diameter of the motor.

Частично указанные недостатки устранены в синхронных электродвигателях с увеличенным объемом пазов статора за счет уменьшения их числа. Обычно такие двигатели выполняются с числом пазов на полюс и фазу, равным 1, а для уменьшения фиксации ротора при отключенной обмотке зубцы статора выполняются со скосом [2]
Однако скос пазов полностью не устраняет фиксацию ротора, но уменьшает величину вращающего момента, поэтому такие двигатели используются в основном в качестве шаговых, в которых фиксация ротора необходима.Partially indicated disadvantages are eliminated in synchronous motors with an increased volume of stator slots due to a decrease in their number. Typically, such motors are performed with the number of grooves per pole and phase equal to 1, and to reduce the fixation of the rotor with the winding disconnected, the stator teeth are beveled [2]
However, the slanting of the grooves does not completely eliminate the fixation of the rotor, but reduces the magnitude of the torque, therefore, such motors are mainly used as stepper motors, in which the fixation of the rotor is necessary.

Целью изобретения является повышение массогабаритных показателей. The aim of the invention is to increase the overall dimensions.

Указанная цель достигается тем, что в синхронном электродвигателе, содержащем статор c m-фазной обмоткой, каждая катушка которой охватывает один зубец статора, и ротор с чередующимися по полярности полюсами 2р, число зубцов статора Z_с и число полюсов ротора 2р связаны между собой соотношением Z_с 2р ± Q, a Z_c m x x Q ^. Z_гр, следовательно 2р Q(m ^. Z_гр + 1), где Q 1,2,3. число повторяющихся частей статора, в каждой из которых содержится m катушечных групп, а Z_гр 1,2,3. число катушек в катушечной группе, состоящей из последовательно-встречно соединенных между собой катушек.This goal is achieved by the fact that in a synchronous motor containing a stator with an m-phase winding, each coil of which covers one stator tooth, and a rotor with alternating poles 2p, the number of stator teeth Z _c and the number of rotor poles 2p are interconnected by the ratio Z _with 2p _{± Q, a Z c mxx Q} . Z _gr , therefore 2p Q (m ^. Z _gr + 1), where Q 1,2,3. the number of repeating parts of the stator, each of which contains m coil groups, and Z _gr 1,2,3. the number of coils in a coil group consisting of coils connected in series to each other.

Кроме того, катушечные группы каждой фазы при m 3 и Z_гр четном соединены между собой встречно, при Z_гр нечетном согласно, а при m 2 и Z_гр, равном любому целому числу, катушечные группы фазы соединены между собой встречно.In addition, the coil groups of each phase at m 3 and Z _gr even are interconnected in the opposite direction, at Z _gr odd according to, and at m 2 and Z _gr equal to any integer, the coil groups of the phase are interconnected in the opposite direction.

На фиг. 1 представлена развернутая принципиальная схема предлагаемого трехфазного многополюсного электродвигателя; на фиг.2 конструкция ротора и статора многополюсного синхронного электродвигателя. In FIG. 1 shows a detailed schematic diagram of the proposed three-phase multipolar electric motor; figure 2 the design of the rotor and stator of a multipolar synchronous electric motor.

Предлагаемый синхронный электродвигатель содержит статор 1 с числом зубцов Z_c 18 (см.фиг.1); ротор с чередующимися по полярности полюсами 2р 20, число которых не равно числу зубцов статора, при этом полюсами 2 ротора являются концентраторы, установленные между постоянными магнитами 3, намагниченными в тангенциальном направлении и закрепленными на немагнитном кольце 4 (см. фиг. 2), трехфазную обмотку, каждая фаза которой состоит из двух катушечных групп, которые соединены между собой последовательно согласно, так как число фаз m 3, число катушек в каждой катушечной группе Z_гр 3 нечетное число, а разность между числом полюсов ротора 2р 20 и зубцов статора Z_с 18 равна 2, т.е. Q 2, при этом катушки 5 каждой катушечной группы, охватывающие по одному зубцу статора, соединены между собой последовательно-встречно.The proposed synchronous electric motor contains a stator 1 with the number of teeth Z _c 18 (see figure 1); a rotor with alternating poles 2p 20 poles, the number of which is not equal to the number of stator teeth, while the rotor poles 2 are hubs mounted between permanent magnets 3 magnetized in the tangential direction and mounted on a non-magnetic ring 4 (see Fig. 2), three-phase a winding, each phase of which consists of two coil groups, which are connected in series according to each other, since the number of phases is m 3, the number of coils in each coil group Z _gr 3 is an odd number, and the difference between the number of rotor poles is 2p 20 and stator teeth Z _with 18 is 2, i.e. Q 2, while the coils 5 of each coil group, covering one stator tooth, are connected in series with each other.

Предлагаемый синхронный электродвигатель работает следующим образом. The proposed synchronous motor operates as follows.

При подключении фаз двигателя к источнику трехфазного напряжения в статоре двигателя создается вращающееся магнитное поле, которое, взаимодействуя с полюсами ротора, приводит его во вращение. When the motor phases are connected to a three-phase voltage source, a rotating magnetic field is created in the motor stator, which, interacting with the poles of the rotor, causes it to rotate.

На фиг. 1 изображена полярность полюсов статора в фиксированный момент времени, когда ток в фазе А равен току в фазе С, а ток фазы В равен нулю. Из фиг. 1 видно, что все зубцы фаз А и С, взаимодействуя с полюсами 2 ротора, создают на его валу однонаправленный момент. При этом, когда зубец статора расположен между полюсами ротора (как в фазе С), т.е. смещение полюсов ротора относительно зубцов фазы составляет 90 эл.градусов, на валу двигателя создается максимальный вращающий момент. In FIG. 1 shows the polarity of the stator poles at a fixed point in time when the current in phase A is equal to the current in phase C and the current of phase B is zero. From FIG. 1 it can be seen that all the teeth of phases A and C, interacting with the poles 2 of the rotor, create a unidirectional moment on its shaft. Moreover, when the stator tooth is located between the poles of the rotor (as in phase C), i.e. the displacement of the poles of the rotor relative to the teeth of the phase is 90 electric degrees, the maximum torque is created on the motor shaft.

Предлагаемый синхронный двигатель по сравнению с прототипом обеспечивает значительное уменьшение момента фиксации ротора, так как в нем разность между числами полюсов ротора и зубцов статора меньше, чем в прототипе, в число раз, равное числу катушек в катушечной группе. При этом массогабаритные показатели предлагаемого двигателя возрастают не только за счет уменьшения момента фиксации ротора, но и за счет лучшего использования меди статора, та как в каждом пазу статора прототипа расположены две активные стороны различных фаз, поэтому суммарное значение ампер-витков паза равно векторной сумме ампер-витков соседних фаз. В предлагаемом двигателе такими пазами являются только пазы, расположенные между катушечными группами, а в остальных пазах расположены активные стороны катушек одной фазы. The proposed synchronous motor in comparison with the prototype provides a significant reduction in the moment of fixation of the rotor, since in it the difference between the numbers of poles of the rotor and the stator teeth is less than in the prototype, the number of times equal to the number of coils in the coil group. At the same time, the overall dimensions of the proposed engine increase not only due to a decrease in the rotor fixing moment, but also due to the better use of stator copper, since there are two active sides of different phases in each stator groove of the prototype, therefore, the total value of ampere-turns of the groove is equal to the vector sum of amperes - turns of adjacent phases. In the proposed engine, such grooves are only the grooves located between the coil groups, and in the remaining grooves are the active sides of the coils of one phase.

Испытания макетного образца предлагаемого синхронного двигателя показали, что по сравнению с прототипом он обеспечивает уменьшение момента фиксации ротора до 3-5% от максимального значения момента двигателя и не менее чем в 1,5 раза лучшие массогабаритные показатели. Tests of the prototype of the proposed synchronous motor showed that, compared with the prototype, it provides a reduction in the moment of fixation of the rotor to 3-5% of the maximum value of the motor torque and not less than 1.5 times the best weight and size indicators.

Claims (2)

1. СИНХРОННЫЙ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЬ, содержащий статор с m-фазной сосредоточенной обмоткой, каждая катушка которой охватывает один зубец статора, и ротор с чередующимися по полярности полюсами 2 p, отличающийся тем, что, с целью повышения массогабаритных показателей, число полюсов ротора 2p и число зубцов статора Z_c связаны соотношением 2p=θ(m·Z_гр+1), где θ=1,2,3... число повторяющихся частей статора, в каждой из которых содержится m катушечных групп, а Z_{г р} 1, 2, 3. число катушек в катушечной группе, состоящей из последовательно-встречно соединенных катушек.1. SYNCHRONOUS MOTOR containing a stator with an m-phase concentrated winding, each coil of which covers one stator tooth, and a rotor with alternating poles of 2 p poles, characterized in that, in order to increase the overall dimensions, the number of rotor poles is 2 p and the number of teeth the stator Z _c are connected by the relation 2p = θ (m · Z _gr +1), where θ = 1,2,3 ... the number of repeating parts of the stator, each of which contains m coil groups, and Z _{g p} 1, 2, 3. the number of coils in the coil group consisting of series-counter-connected coils . 2. Электродвигатель по п.1, отличающийся тем, что при m=3 и Z_{г р} четном катушечные группы каждой фазы соединены между собой встречно, при Z_{г р} нечетном-согласно, а при m=2 и Z_{г р}, равном любому целому числу, катушечные группы фазы соединены между собой встречно.2. The electric motor according to claim 1, characterized in that for m = 3 and Z _{g p} even, the coil groups of each phase are interconnected, at Z _{g p} odd, according to, and at m = 2 and Z _{g p} equal to any integer, the coil groups of the phase are interconnected counterclockwise.

Images