RU2396672C1 - Asynchronous motor with hollow rotor with outside excitation - Google Patents

Abstract

FIELD: electricity.

SUBSTANCE: asynchronous motor with hollow short-circuit rotor includes hollow rotor and external stator with core and winding, as well as additional rotor installed on the shaft in the zone restricted with stator with possibility of rotation irrespective of hollow rotor, made from ring-shaped magnet radially magnetised with the number of pairs of poles, which is equal to the number of pairs of poles of stator winding, on which there pressed is thin-wall sleeve from conducting material, and hollow rotor is made in the form of thin-wall shell from conducting material.

EFFECT: increasing power coefficient and efficiency of asynchronous motor with hollow rotor without deterioration of its dynamic characteristics.

3 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в качестве силового микродвигателя в промышленных и бытовых электроприводах.The invention relates to the field of electrical engineering and can be used as a power micromotor in industrial and domestic electric drives.

Известны асинхронные двигатели с полым ротором, конструктивно отличающиеся от двигателей с ротором типа беличья клетка и других видов асинхронных машин тем, что ротор выполнен в виде полого немагнитного стакана из проводящего материала и закреплен неподвижно на валу двигателя. Внутренний магнитопровод закреплен неподвижно на цилиндрическом выступе одного из подшипниковых щитов и расположен в пределах зоны, ограниченной магнитопроводом статора. Эта конструкция позволяет добиться малого момента инерции ротора и линейной механической характеристики (Армейский Е.А., Фалк Г.Б. Электрические микромашины. - М.: Высшая школа, 1975).Known induction motors with a hollow rotor, structurally different from motors with a squirrel cage type rotor and other types of asynchronous machines, are that the rotor is made in the form of a hollow non-magnetic cup of conductive material and is fixed motionless on the motor shaft. The internal magnetic circuit is fixed motionless on the cylindrical protrusion of one of the bearing shields and is located within the zone limited by the stator magnetic circuit. This design allows you to achieve a small moment of inertia of the rotor and linear mechanical characteristics (Armeisky EA, Falk GB Electric micromachines. - M .: Higher school, 1975).

Недостатками являются невысокий коэффициент мощности и невысокий коэффициент полезного действия.The disadvantages are the low power factor and low efficiency.

Известен асинхронный двигатель, полый ротор которого выполнен в виде стакана из сплава железа и меди. При этом компоненты материала ротора взяты в следующем соотношении, мас.%: железо 78-83; медь - остальное (Патент РФ №2026597, МПК Н02К 17/16, 1995.01.09).A known induction motor, the hollow rotor of which is made in the form of a glass made of an alloy of iron and copper. The components of the rotor material are taken in the following ratio, wt.%: Iron 78-83; copper - the rest (RF Patent No. 2026597, IPC Н02К 17/16, 1995.01.09).

Недостатками являются ограниченные функциональные возможности.Disadvantages are limited functionality.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является асинхронный двигатель с полым ротором, который состоит из статора с обмоткой, внутреннего свободно вращающегося магнитопровода, полого ротора, выполненного из короткозамкнутой обмотки и магнитопроводящих элементов. Ротор жестко закреплен на валу. Внутренний магнитопровод вращается посредством подшипников, установленных на вал ротора, независимо от ротора (Патент СССР №1032527, МПК Н02К 1/06, 1983.07.30).The closest in technical essence and the achieved result is an induction motor with a hollow rotor, which consists of a stator with a winding, an internal freely rotating magnetic circuit, a hollow rotor made of a short-circuited winding and magnetically conductive elements. The rotor is rigidly fixed to the shaft. The internal magnetic circuit rotates by means of bearings mounted on the rotor shaft, regardless of the rotor (USSR Patent No. 1032527, IPC Н02К 1/06, 1983.07.30).

Недостатком прототипа является невысокий коэффициент мощности и невысокие динамические показатели.The disadvantage of the prototype is the low power factor and low dynamic performance.

Задача изобретения - максимальное увеличение коэффициента мощности и повышение коэффициента полезного действия с сохранением динамических свойств.The objective of the invention is to maximize the power factor and increase the efficiency while maintaining dynamic properties.

Поставленная задача решается тем, что в асинхронном двигателе с полым короткозамкнутым ротором, содержащем полый ротор и внешний статор с сердечником и обмоткой, в отличие от прототипа, на валу, в области, ограниченной статором, установлен дополнительный ротор с возможностью вращения независимо от полого ротора, выполненный из кольцеобразного магнита, намагниченного радиально с числом пар полюсов, равным числу пар полюсов статорной обмотки, на который напрессована тонкостенная втулка из электропроводящего материала, а полый ротор выполнен в виде тонкостенного стакана из электропроводящего материала.The problem is solved in that in an induction motor with a hollow squirrel-cage rotor containing a hollow rotor and an external stator with a core and a winding, unlike the prototype, an additional rotor is installed on the shaft in the area limited by the stator with the possibility of rotation regardless of the hollow rotor, made of a ring-shaped magnet magnetized radially with the number of pole pairs equal to the number of pole pairs of the stator winding, onto which a thin-walled sleeve of electrically conductive material is pressed, and the hollow rotor is nen as a thin-walled cup of electrically conductive material.

Кроме того, согласно изобретению дополнительный ротор может быть выполнен целиком из гистерезисного материала.In addition, according to the invention, the additional rotor can be made entirely of hysteresis material.

Для достижения наиболее высоких характеристик согласно изобретению полый ротор может быть выполнен из алюминиевого сплава, а тонкостенная втулка, в случае с постоянным магнитом, может быть выполнена из медного сплава.To achieve the highest characteristics according to the invention, the hollow rotor can be made of aluminum alloy, and a thin-walled sleeve, in the case of a permanent magnet, can be made of copper alloy.

Существо изобретения поясняется чертежами. На фиг.1 изображен двигатель с возбуждением от постоянного магнита. На фиг.2 изображен двигатель с возбуждением от ротора из гистерезисного материала.The invention is illustrated by drawings. Figure 1 shows a motor with a permanent magnet excitation. Figure 2 shows a motor with excitation from a rotor of hysteresis material.

Асинхронный двигатель с полым ротором со сторонним возбуждением от постоянного магнита (фиг.1) состоит из сердечника статора 1, в пазы которого уложена в общем случае m-фазная обмотка, закрепленного в корпусе 2; полого немагнитного ротора 3, который неподвижно закреплен на валу 4, который может вращаться в подшипниках, установленных в подшипниковых щитах 5; кольцевого постоянного магнита 6 и напрессованной на него пусковой втулки 7, образующих второй подвижный ротор в двигателе, который может вращаться на подшипниках 8 относительно вала отбора мощности. Магнит намагничен радиально, количество пар полюсов такое же, как у обмотки статора. Двигатель со сторонним возбуждением от дополнительного ротора из гистерезисного материала (фиг.2) состоит из тех же деталей и узлов, что и выше описанный двигатель, за исключением того, что вместо постоянного магнита и пусковой втулки установлен возбудитель 9, целиком выполненный из гистерезисного материала.An asynchronous motor with a hollow rotor with external excitation from a permanent magnet (Fig. 1) consists of a stator core 1, in the grooves of which the m-phase winding, mounted in the housing 2, is generally laid; a hollow non-magnetic rotor 3, which is fixedly mounted on the shaft 4, which can rotate in bearings mounted in the bearing shields 5; an annular permanent magnet 6 and a starting sleeve 7 pressed onto it, forming a second movable rotor in the engine, which can rotate on bearings 8 relative to the power take-off shaft. The magnet is magnetized radially, the number of pole pairs is the same as that of the stator winding. An engine with external excitation from an additional rotor made of hysteresis material (Fig. 2) consists of the same parts and assemblies as the engine described above, except that instead of a permanent magnet and a starting sleeve, an exciter 9 is installed, made entirely of hysteresis material.

Асинхронный двигатель с полым ротором со сторонним возбуждением от постоянного магнита (фиг.1) работает следующим образом. При подаче напряжения на обмотки двигателя в них возникают токи, образующие вращающееся поле. На магнит 6 и на ротор 3 начинают воздействовать механические моменты, обусловленные наведенными вихревыми токами в пусковой втулке 7 и в стенке ротора 3. Втулка рассчитывается таким образом, чтобы ее пусковой момент был больше пускового момента ротора. Магнит под действием момента, развиваемого втулкой, разгоняется до подсинхронной скорости и далее втягивается в синхронизм с полем статора. С этого момента в машине создается единый поток постоянного магнита и обмотки статора. Причем поток магнита изначально выбирается таким, чтобы амплитуда ЭДС статорной обмотки аналогичной синхронной машины при нагрузке была максимально близка к амплитуде приложенного напряжения, т.е. намагничивание машины происходило бы за счет энергии магнита. В силу этого обстоятельства намагничивающие токи в обмотке статора отсутствуют. В случае, если на валу двигателя присутствует тормозящий момент, то он начинает передаваться на магнит посредством асинхронного момента, создаваемого вихревыми токами в стенке «стакана» и полем магнита. Синхронный момент, образованный полем магнита и токами статора, противостоит тормозящему моменту, тем самым передавая механическую мощность приводимому в движение механизму. Поле вихревых токов создает преимущественно поперечную реакцию из-за очень малого индуктивного сопротивления полого ротора. Это обстоятельство ведет к тому, что изменение продольной составляющей поля весьма мало, т.е. коэффициент мощности остается на достаточно высоком уровне. Т.к. двигатель имеет ротор с малым моментом инерции, динамические свойства двигателя остаются высокими.An induction motor with a hollow rotor with third-party excitation from a permanent magnet (figure 1) works as follows. When voltage is applied to the motor windings, currents form in them, forming a rotating field. On the magnet 6 and on the rotor 3, mechanical moments begin to act due to induced eddy currents in the starting sleeve 7 and in the wall of the rotor 3. The sleeve is calculated so that its starting moment is greater than the starting moment of the rotor. The magnet under the influence of the moment developed by the sleeve accelerates to a sub-synchronous speed and then retracts into synchronism with the stator field. From this moment, a single flux of a permanent magnet and stator winding is created in the machine. Moreover, the magnet flux is initially selected so that the amplitude of the EMF of the stator winding of a similar synchronous machine under load is as close as possible to the amplitude of the applied voltage, i.e. The magnetization of the machine would be due to the energy of the magnet. Due to this circumstance, there are no magnetizing currents in the stator winding. If there is a braking moment on the motor shaft, it begins to be transmitted to the magnet by means of the asynchronous moment created by the eddy currents in the wall of the "glass" and the magnet field. The synchronous moment formed by the magnet field and stator currents resists the braking moment, thereby transmitting mechanical power to the mechanism driven by the movement. The eddy current field creates a predominantly transverse reaction due to the very small inductive resistance of the hollow rotor. This circumstance leads to the fact that the change in the longitudinal component of the field is very small, i.e. power factor remains at a sufficiently high level. Because the engine has a rotor with a small moment of inertia, the dynamic properties of the engine remain high.

Принцип работы двигателя с дополнительным ротором из гистерезисного материала (фиг.2) идентичен вышеописанному за исключением процесса синхронизации. Процесс синхронизации в этом случае происходит за счет появления гистерезисного момента и момента, образованного вихревыми токами в теле ротора 9. В момент синхронизации остаточная индукция гистерезисного слоя является пиковой и остается таковой до момента асинхронизации, вызванной, например, перегрузкой двигателя.The principle of operation of the engine with an additional rotor of hysteresis material (figure 2) is identical to the above except for the synchronization process. The synchronization process in this case occurs due to the appearance of a hysteresis moment and a moment formed by eddy currents in the body of the rotor 9. At the time of synchronization, the residual induction of the hysteresis layer is peak and remains so until the moment of asynchronization caused, for example, by motor overload.

Асинхронный двигатель со сторонним возбуждением способен также работать в режиме генератора электрической энергии.An asynchronous motor with third-party excitation is also capable of operating in the mode of an electric energy generator.

Итак, заявляемое изобретение позволяет максимально приблизить к единице коэффициент мощности, повысить коэффициент полезного действия при одновременном сохранении динамических характеристик двигателя.So, the claimed invention allows you to bring the power factor as close as possible to the unit, increase the efficiency while maintaining the dynamic characteristics of the engine.

Claims (3)

1. Асинхронный двигатель с полым короткозамкнутым ротором, содержащий полый ротор и внешний статор с сердечником и обмоткой, отличающийся тем, что на валу в области, ограниченной статором, установлен дополнительный ротор с возможностью вращения независимо от полого ротора, выполненный из кольцеобразного магнита, намагниченного радиально с числом пар полюсов, равным числу пар полюсов статорной обмотки, на который напрессована тонкостенная втулка из электропроводящего материала, а полый ротор выполнен в виде тонкостенного стакана из электропроводящего материала.1. An asynchronous motor with a squirrel-cage rotor, comprising a hollow rotor and an external stator with a core and a winding, characterized in that an additional rotor is mounted on the shaft in a region bounded by the stator, rotatable independently of the hollow rotor, made of an annular magnet magnetized radially with the number of pairs of poles equal to the number of pairs of poles of the stator winding, onto which a thin-walled sleeve of electrically conductive material is pressed, and the hollow rotor is made in the form of a thin-walled glass of ele also conduct material. 2. Асинхронный двигатель с полым ротором по п.1, отличающийся тем, что дополнительный ротор целиком выполнен из гистерезисного материала.2. An induction motor with a hollow rotor according to claim 1, characterized in that the additional rotor is entirely made of hysteresis material. 3. Асинхронный двигатель с полым ротором по п.1, отличающийся тем, что полый ротор выполнен из алюминиевого сплава, а тонкостенная втулка выполнена из медного сплава. 3. An induction motor with a hollow rotor according to claim 1, characterized in that the hollow rotor is made of aluminum alloy, and the thin-walled sleeve is made of copper alloy.

Images