RU2467453C1 - Регулируемый однофазный электродвигатель - Google Patents
Регулируемый однофазный электродвигатель Download PDFInfo
- Publication number
- RU2467453C1 RU2467453C1 RU2011114953/07A RU2011114953A RU2467453C1 RU 2467453 C1 RU2467453 C1 RU 2467453C1 RU 2011114953/07 A RU2011114953/07 A RU 2011114953/07A RU 2011114953 A RU2011114953 A RU 2011114953A RU 2467453 C1 RU2467453 C1 RU 2467453C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- rotor
- poles
- stator
- pairs
- pole pairs
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Dc Machiner (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области электротехники, в частности к электродвигателям с регулируемой частотой вращения, и может быть использовано в качестве привода в электротранспорте. Работоспособность электродвигателя переменного тока с плавным регулированием частоты вращения ротора основана на взаимодействии магнитных потоков полюсов статора и ротора, изменяющихся с частотой 50 Гц, в каждый момент времени таким образом, чтобы потоки сближающихся полюсов были разноименными, а потоки удаляющихся полюсов - одноименными. Согласованное взаимодействие магнитных потоков происходит посредством устройств, укрепленных на валу, к которым в определенном порядке подключены обмотки полюсов ротора, а регулирование частоты вращения осуществляется изменением напряжения питающего тока обмоток ротора с помощью автотрансформатора. Предлагаемый однофазный электродвигатель содержит четное число пар полюсов статора с чередующейся их полярностью, число пар полюсов ротора на единицу меньше числа пар полюсов статора, при этом ротор выполнен из двух равнозначных секций, развернутых одна относительно другой вокруг центральной оси на угол, величина которого согласована с шириной токоподводящих щеток и изоляционного промежутка между контактами, а начала и концы обмоток пар полюсов в каждой секции ротора соединены параллельно и в чередующемся порядке относительно начал и концов подключены к своим контактным устройствам, укрепленным на валу, которые также развернуты между собой на тот же угол, что и секции ротора. Технический результат - обеспечение регулирования частоты вращения от нуля до максимума путем изменения напряжения питающего тока и повышение мощности однофазного электродвигателя при одновременном упрощении его конструкции. 6 ил.
Description
Изобретение относится к устройству электродвигателей с регулируемой частотой вращения и может быть использовано в качестве привода в электротранспорте.
Известны электродвигатели переменного тока с частичной регулировкой частоты вращения ротора различными способами, например путем изменения числа пар полюсов статора, частоты питающего напряжения, величины активного сопротивления в обмотках ротора и т.п. (И.П.Копылов, Электрические машины, М., 2000, с.312-324).
Однако указанные методы усложняют конструкции, снижают экономичность и не обеспечивают плавную регулировку частоты вращения ротора в широком диапазоне.
Известен реактивный коммутируемый электродвигатель по патенту RU 2089991 С16 H02K 19/10. Данное устройство является наиболее близким аналогом к заявляемому двигателю по назначению и конструкции статора. Недостатками аналога являются:
- низкий коэффициент отношения мощности двигателя к его весу вследствие одномоментного рабочего состояния только четырех пар фаз из девяти;
- конструкция двигателя включает много элементов, относящихся к устройствам вспомогательным, таким как указатель положения ротора, управляемые выключатели, диоды, следствием чего является снижение надежности;
- безобмоточный ротор ограничивает мощность двигателя;
- двигатель питается, в том числе, постоянным током и потому осложняется его применение;
- для регулирования частоты вращения ротора требуется энергозатратное устройство, изменяющее напряжение постоянного тока.
Заявляемый двигатель лишен указанных недостатков и имеет следующие преимущества:
- в каждый момент времени в рабочем состоянии находятся все пары взаимодействующих полюсов статора и ротора;
- не содержит никаких побочных элементов, устройств управления и фиксации;
- двигатель питается переменным током, величина которого эффективно регулируется автотрансформатором;
- частота вращения ротора регулируется от 0 до max путем изменения напряжения питающего тока;
- обмоточный ротор позволяет строить электродвигатель повышенной мощности;
- двигатель может быть использован как в городском, так и в железнодорожном транспорте.
Сущность изобретения заключена в свойстве промышленного переменного тока с частотой 50 Гц изменять полярность магнитного потока включенной в сеть катушки и использовании этого свойства для взаимодействия магнитных потоков между полюсами статора и ротора таким образом, чтобы в каждый момент времени между одной группой этих полюсов возникали, например, взаимно притягивающиеся магнитные потоки, таким образом создавая крутящий момент на валу нужного направления вращения, в то время как между другой группой полюсов возникали взаимно отталкивающиеся магнитные потоки, усиливая крутящий момент, созданный первой группой полюсов, а согласованность непрерывного взаимодействия магнитных потоков между полюсами статора и ротора осуществляется с помощью контактных устройств.
Изобретение поясняется чертежами на фиг.1÷3.
На фиг.1 изображен схематический разрез двигателя с одной секцией ротора, где:
1 - статор;
2 - полюса статора;
3 - обмотки полюсов статора;
4 - секция ротора;
5 - полюса секции ротора;
6 - обмотки полюсов секции ротора;
7, 8, 9 - контактные устройства секции ротора;
10 - токоподводящие щетки;
11 - автотрансформатор;
15 - переключатель фазы напряжения;
16 - токоподводящие шины.
На фиг.2 изображены контактные устройства обоих секций ротора, где:
12, 13, 14 - контактные устройства второй секции ротора.
n - 1, 2, 3 …;
Т - период следования контактов. Контактные устройства соседних пар полюсов секции ротора развернуты относительно друг друга на угол β, равный дуги контактной площади или равный 15° для двигателя фиг.1.
На фиг.3 изображены графики взаимодействия магнитных потоков полюсов статора и ротора для разных фиксированных углов поворота ротора и направление вращения его.
ДВИГАТЕЛЬ РАБОТАЕТ СЛЕДУЮЩИМ ОБРАЗОМ.
Принимается: 1 - в токопроводящей шине 16 внешний провод - фаза, внутренний - О;
2 - в токоподводящих щетках 10 (фиг.2) левая - фаза, правая - О; полярности полупериодов напряжения на внешней шине 16 и левой токопроводящей щетке фиг.2 одинаковы;
3 - начала витков обмоток 3 статора 1 расположены у основания полюсов 2 статора 1; начала витков обмоток 6 полюсов 5 секции ротора 4 расположены у вершин полюсов 5;
4 - имея в виду чередующийся с частотой 50 Гц порядок подключения начал и концов обмоток 3 полюсов 2 статора 1 к токоподводящей шине 16, в рассматриваемый момент времени работы электродвигателя полярность полюсов 2 статора 1 согласно правилу правой руки будет такой, как изображено на фиг.3;
5 - в моменты совпадений осей полюсов статора 1 и ротора 4 полярности полюсов 5 ротора 4 изменяются на противоположные.
Взаимодействия магнитных потоков, определяемых правилом правой руки, полюсов 2 статора 1 и секции ротора 4, направления вращения ротора 4 при разных положениях щеток 10 на контактных устройствах 7, 8, 9 (фиг.2) иллюстрируются на примерах со смещением щеток 10, равнозначных поворотам ротора 4, и по часовой, и против часовой стрелки на углы: 0°, 20°, 40°, 75°, 30°, а также изменение направления вращения ротора 4 со сменой фаз напряжения на щетках 10 для 75° и 30°, представлены на графиках фиг.3.
Положения щеток 10 на развернутых контактных устройствах 7, 8, 9 относительно начального их положения на чертеже фиг.2, а также положения пар полюсов 5 ротора 4 относительно развернутого статора 1 на графике фиг.3, рассчитываются из соотношений длин разверток на чертежах и углов разворота ротора 4 относительно начального его положения на фиг.1.
l - длина развернутых контактных устройств 7, 8, 9 по чертежу в мм (104 мм);
γ - угол разворота ротора 4 в градусах.
L - длина развернутого статора 1 по чертежу фиг.3 в мм (160 мм).
Расстояния по чертежу фиг.3 между парами полюсов постоянно:
.
Взаимодействие магнитных потоков полюсов 2 статора 1 и полюсов 5 ротора 4 иллюстрируется на примере начального положения этих полюсов на фиг.1.
1 - токоподводящие щетки 10 (фиг.2) на контактном устройстве 7 расположены на изоляционных площадках между токоподводящими, и поэтому магнитного потока в паре 1 полюсов 5 ротора 4 нет.
2 - токоподводящие щетки 10 на контактном устройстве 8 расположены на токоподводящих площадках, причем начало обмоток 6 подключено к фазе напряжения через левую щетку 10 и по правилу правой руки на вершинах пары полюсов 2 образуются северные магнитные полюса N.
3 - левая токоподводящая щетка 10 на контактном устройстве 9 расположена на контакте, соединенным с концом обмоток пары полюсов 3, поэтому по правилу правой руки на вершинах полюсов пары 3 образуется южный магнитный полюс S.
Согласно графику фиг.3 пара 2 полюсов ротора 4 будет отталкиваться от полюсов статора 2 и 6 и притягиваться к полюсам статора 3 и 7, а пара 3 полюсов ротора будет отталкиваться от полюсов статора 3 и 7 и притягиваться к полюсам статора 4 и 8. Таким образом, ротор 4 будет вращаться по часовой стрелке.
Во всех случаях сохраняется согласованное взаимодействие магнитных потоков полюсов 2 статора 1 и полюсов 5 ротора 4 при выбранном направлении вращения ротора 4.
Со сменой фазы питающего напряжения переключателем 15 на щетках 10 для 75° и 30°, например, направление вращения ротора 4 изменяется на противоположное начальному.
В двигателе с ротором, состоящем из двух секций, развернутых между собой на определенный угол, крутящий момент на валу остается непрерывным в отличие от двигателя с одной секцией ротора, в котором во время смены полярностей пар полюсов ротора, оси которых совпадают с осями полюсов статора, крутящий момент между этими полюсами отсутствует.
Кроме того, во время смены полярностей магнитных потоков пар полюсов ротора одной из секций всплеск энергий в магнитных полях этих обмоток через щетки передается в одноименные обмотки другой секции ротора и, таким образом, исключается искрение под щетками в момент их размыкания с контактными устройствами.
Угол разворота α между секциями ротора и контактными устройствами этих секций согласуется с шириной токоподводящих щеток и протяженностью изоляционных промежутков между контактами таким образом, чтобы щетки, соприкасающиеся с убегающими контактами одной секции, одновременно касались бы набегающих одноименных контактов другой секции, как, например, при вращении ротора 4 против часовой стрелки между контактами контактного устройства 7 фиг.2 одной секции и контактами контактного устройства 12 другой секции.
Для иллюстрации осуществимости изобретения автором изготовлен электродвигатель только с одной секцией ротора, с горизонтально расположенными полюсами статора и ротора. Число полюсов статора - 8, число пар полюсов ротора - 3.
На фото 1 двигатель представлен в нерабочем положении.
На фото 2 и 3 двигатель представлен в рабочем состоянии при питании его через дискретный трансформатор переменным током напряжением 23 В и 48 В соответственно.
Степень смазанности изображений ротора на фото 2 и 3 свидетельствует о его вращении с различными скоростями.
Регулируемый однофазный электродвигатель содержит четное число пар полюсов статора с чередующейся их полярностью, число пар полюсов ротора на единицу меньше числа пар полюсов статора,
Ротор выполнен из двух равнозначных секций, развернутых одна относительно другой вокруг центральной оси на угол, величина которого согласована с шириной токоподводящих щеток и изоляционного промежутка между контактами, а начала и концы обмоток пар полюсов в каждой секции ротора соединены параллельно и в чередующемся порядке относительно начал и концов подключены к своим контактным устройствам, укрепленным на валу, которые также развернуты между собой на тот же угол, что и секции ротора.
Claims (1)
- Регулируемый однофазный электродвигатель, содержащий четное число пар полюсов статора с чередующейся их полярностью, число пар полюсов ротора на единицу меньше числа пар полюсов статора, отличающийся тем, что ротор выполнен из двух равнозначных секций, развернутых одна относительно другой вокруг центральной оси на угол, величина которого согласована с шириной токоподводящих щеток и изоляционного промежутка между контактами, а начала и концы обмоток пар полюсов в каждой секции ротора соединены параллельно и в чередующемся порядке относительно начал и концов подключены к своим контактным устройствам, укрепленным на валу, которые также развернуты между собой на тот же угол, что и секции ротора.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2011114953/07A RU2467453C1 (ru) | 2011-04-15 | 2011-04-15 | Регулируемый однофазный электродвигатель |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2011114953/07A RU2467453C1 (ru) | 2011-04-15 | 2011-04-15 | Регулируемый однофазный электродвигатель |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2467453C1 true RU2467453C1 (ru) | 2012-11-20 |
Family
ID=47323395
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2011114953/07A RU2467453C1 (ru) | 2011-04-15 | 2011-04-15 | Регулируемый однофазный электродвигатель |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2467453C1 (ru) |
Citations (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP0649577A1 (en) * | 1992-07-08 | 1995-04-26 | Danfoss As | FAULT TOLERANCE RELUCTANCE MOTOR. |
RU2089991C1 (ru) * | 1996-01-15 | 1997-09-10 | Специальное конструкторское бюро "Ротор" | Реактивный коммутируемый электродвигатель |
RU2093945C1 (ru) * | 1994-11-25 | 1997-10-20 | Акционерное общество "АвтоВАЗ" | Однофазный синхронный электродвигатель |
RU2103784C1 (ru) * | 1995-03-24 | 1998-01-27 | Чувашский государственный университет | Однофазный электродвигатель |
RU2109390C1 (ru) * | 1996-04-11 | 1998-04-20 | Чувашский государственный университет | Однофазный явнополюсный электродвигатель |
US6091170A (en) * | 1997-07-18 | 2000-07-18 | Switched Reluctance Drives Limited | Starting of single-phase motors |
EP2077610A1 (en) * | 2006-10-26 | 2009-07-08 | Yugen Kaisha K. R and D | Single-phase ac synchronous motor |
RU2392724C1 (ru) * | 2009-06-19 | 2010-06-20 | Владимир Михайлович Чернухин | Однофазный электрический генератор |
-
2011
- 2011-04-15 RU RU2011114953/07A patent/RU2467453C1/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP0649577A1 (en) * | 1992-07-08 | 1995-04-26 | Danfoss As | FAULT TOLERANCE RELUCTANCE MOTOR. |
RU2093945C1 (ru) * | 1994-11-25 | 1997-10-20 | Акционерное общество "АвтоВАЗ" | Однофазный синхронный электродвигатель |
RU2103784C1 (ru) * | 1995-03-24 | 1998-01-27 | Чувашский государственный университет | Однофазный электродвигатель |
RU2089991C1 (ru) * | 1996-01-15 | 1997-09-10 | Специальное конструкторское бюро "Ротор" | Реактивный коммутируемый электродвигатель |
RU2109390C1 (ru) * | 1996-04-11 | 1998-04-20 | Чувашский государственный университет | Однофазный явнополюсный электродвигатель |
US6091170A (en) * | 1997-07-18 | 2000-07-18 | Switched Reluctance Drives Limited | Starting of single-phase motors |
EP2077610A1 (en) * | 2006-10-26 | 2009-07-08 | Yugen Kaisha K. R and D | Single-phase ac synchronous motor |
RU2392724C1 (ru) * | 2009-06-19 | 2010-06-20 | Владимир Михайлович Чернухин | Однофазный электрический генератор |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
КОПЫЛОВ И.П. Электрические машины. - М., 2000, с.312-324. * |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN106233583A (zh) | 电机 | |
JP2012147652A (ja) | スイッチトリラクタンスモータ | |
JP2012147653A (ja) | スイッチトリラクタンスモータ | |
CN105743257B (zh) | 一种单层叠绕组磁通切换无刷电机 | |
CN104604103A (zh) | 永磁交流发电机 | |
WO2021112725A1 (ru) | Статор электродвигателя | |
RU2467453C1 (ru) | Регулируемый однофазный электродвигатель | |
CN107896032A (zh) | 一种可双向运行的固定电刷式机电混合无弧换向直流电机 | |
CN107026559B (zh) | 延中心线和垂直中心线磁场生成方法及磁枢电机 | |
CN206364681U (zh) | 一种电子换向有刷直流电动机 | |
RU2414039C1 (ru) | Модульная синхронная электрическая машина | |
US20230179135A1 (en) | 6-phase driving motor comprising input terminals of multiple conductor materials | |
CN107888034A (zh) | 一种可双向运行的机电混合无弧换向直流电机 | |
JP2008306913A (ja) | 電動モータ用アーマチュア、および電動モータ | |
CN107947494A (zh) | 一种固定电刷式机电混合无弧换向直流电机 | |
RU2600311C2 (ru) | Электрическая машина | |
CN207753576U (zh) | 一种可双向运行的固定电刷式机电混合无弧换向直流电机 | |
RU2507667C2 (ru) | Магнитный генератор | |
Wei et al. | Research on relationship between harmonic currents and resultant harmonic magnetomotive forces in multiphase machines | |
JP3147920B2 (ja) | 低電圧モータ | |
RU2559810C1 (ru) | Низкоскоростной вентильно-индукторный двигатель с концентрическими обмотками, управляемый двухфазным током синусоидальной формы | |
CN204118976U (zh) | 一种改进的转子磁极绕组式电机的换向器和电刷 | |
RU2414791C1 (ru) | Модульная электрическая машина | |
WO2023164865A1 (zh) | 三相轭部绕组变极定子 | |
RU2509402C1 (ru) | Обмотка электрической машины |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20170416 |