Результат интеллектуальной деятельности: СИНХРОННЫЙ РЕАКТИВНЫЙ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЬ

Изобретение относится к электротехнике, в частности к электрическим машинам, и может быть использовано в специальных электроприводах в качестве низкооборотных электродвигателей. Плоская конструкция электродвигателя с подшипником большого диаметра и отверстием внутри статора пригодна для приводов специальных устройств космического назначения, в частности направленных антенно-фидерных систем.

Известен вентильный реактивный электродвигатель (Беспалов В.Я., Котеленец Н.Ф. Электрические машины: учебное пособие для студ. высших учеб. заведений - М.: Издательский центр «Академия», 2010. - с. 229-232), состоящий из зубчатого статора, в пазах которого расположена многофазная обмотка, зубчатого ротора, вращающегося в подшипниках. Для обеспечения коммутации фаз обмотки статора с целью максимизации вращающего момента электродвигатель снабжен датчиком углового положения ротора.

Недостатком аналога вентильного реактивного электродвигателя является то, что оптимальные соотношения числа зубцов статора и полюсов ротора не выбраны.

Известен электромеханический преобразователь (Патент на изобретение РФ 2441308, автор Захаренко А.Б., МПК H02K 19/10), содержащий, по меньшей мере, одну статорно-роторную пару, в которой статор состоит из сердечников из материала с высокой магнитной проницаемостью, торцами прикрепленных к опорному статорному кольцу и ориентированных параллельно основному магнитному потоку, и между которыми расположены проводники многофазной обмотки, ротор выполнен в виде двух коаксиально расположенных наружного и внутреннего индукторов - магнитопроводов из материала с высокой магнитной проницаемостью в форме полых цилиндров, закрепленных с возможностью вращения относительно статора, несущих расположенные по окружностям полюса с чередующейся полярностью, обращенные через рабочие зазоры к статору и охватывающие его, при этом полярность полюсов, расположенных на внутреннем и наружном индукторах друг напротив друга, согласная, отличающийся тем, что число пар полюсов p, число сердечников статора Z связаны соотношениями:

- для двухфазной обмотки (m=2):

для Z=y·m·k p=(y-1)·k, (y+1)·k, где y - четное число, y≥4; k - целое положительное число;

при этом y, k - целые положительные числа.

Недостатком прототипа электромеханического преобразователя является консольное крепление индукторов ротора, которое вследствие наличия силы магнитного притяжения между статором и ротором не позволяет увеличить диаметр машины. А увеличение диаметра благотворно сказалось бы на увеличении электромагнитной мощности. Кроме того, исходя из выбора в качестве основной гармоники МДС с максимальной амплитудой, наилучшими для m=3, Z=24, y=8, k=1 являются варианты с 2р=22, и 2р=24. Совпадение Z и 2р недопустимо из-за получения нежелательно устойчивого положения сердечников статора напротив магнитов ротора. Таким образом, соотношение, отмеченное «*», не является верным, его следует уточнить.

Следует отметить, что сердечники, прикрепленные к ярму (или выполненные с ним как единое целое, как в настоящем изобретении) и между которыми расположены проводники многофазной обмотки обычно называют зубцами [Иванов-Смоленский А.В. Электрические машины в 2-х томах. Учебник для вузов. - М.: Издательство МЭИ, 2004.]. Понятие «сердечник» в настоящем изобретении включает в себя ярмо с зубцами, как в вышеупомянутом учебнике.

Целью настоящего изобретения является уточнение оптимальных соотношений между числом Z зубцов статора и числом 2р полюсов ротора для синхронного реактивного электродвигателя.

Техническим результатом настоящего изобретения является максимизация электромагнитного момента и электромагнитной мощности низкооборотного синхронного реактивного электродвигателя за счет выбора числа полюсов ротора упомянутого электродвигателя, правильно согласованного с числом периодов гармоники МДС с максимальной среди высших гармоник амплитудой, т.е. с числом зубцов статора.

Для достижения технического результата необходимо выполнение следующих соотношений между числом пар полюсов ротора p и числом зубцов статора Z для трехфазной обмотки (m=3):

при этом Z=y×m×k, а также y, k - целые положительные числа.

Например, исходя из выбора в качестве основной гармоники МДС с максимальной амплитудой, для m=3, Z=24, y=8, k=1, необходимы следующие оптимальные соотношения p=(y+3)×k, (y+5)×k, то есть 2р=22, и 2р=26.

Настоящее изобретение поясняется фигурами чертежей:

Фиг. 1. Конструкция синхронного реактивного электродвигателя.

Фиг. 2. Конструкция активной части трехфазного синхронного реактивного электродвигателя.

Фиг. 3. Конструкция активной части двухфазного синхронного реактивного электродвигателя (четверть поперечного сечения).

Конструкция синхронного реактивного электродвигателя Сердечник 1 статора (якоря) прикреплен к корпусу 2. Сердечник 1 выполнен из магнитомягкого материала. Сердечник 1 статора шихтован из электротехнической стали, корпус 2 статора выполнен из немагнитного материала. На зубцах 3 статора размещена m-фазная катушечная обмотка 4. На фигуре 2 показана трехфазная обмотка (m=3), буквами А, В, С обозначены начала соответствующих фаз. Катушечная обмотка 4 также может иметь другое число фаз, например, m=2. Катушки обмотки 4 статора наматываются из обмоточного провода, например, медного эмаль-провода. Катушки обмотки 4 статора последовательно соединяются в катушечные группы (на фигуре 2 в катушечной группе каждой фазы по 3 катушки). Для увеличения надежности катушечная группа, либо фаза в целом, может наматываться непрерывным проводом. Следует отметить, что при k≥1 катушечные группы между собой могут соединяться последовательно или параллельно. Кроме того, катушечные группы могут образовывать параллельные ветви (соединяться последовательно-параллельно) по нескольку последовательно соединенных катушечных групп в случае, если k=4, 6, 8, 10, четное число больше двух. Трехфазная обмотка 4 статора (m=3) может быть соединена в звезду (как показано на фиг. 2), а также

в треугольник. На немагнитном основании 5 закрепляется сердечник ротора 6. Ротор вращается относительно статора благодаря подшипнику 7. Подшипник 7 может быть выполнен в виде подшипника качения, например шарикового.

Принцип действия синхронного реактивного электродвигателя

На зажимы каждой фазы катушечной обмотки 4 статора синхронного реактивного электродвигателя подается переменное напряжение, по обмотке 4 протекает ток, вызывая вращающуюся МДС и магнитный поток статора. Магнитный поток каждой катушки обмотки 4 статора (якоря) проходит через воздушные зазоры между статором и ротором, зубцы 3 и ярмо сердечника 1 статора и замыкается по сердечнику 6 ротора. Обычно две гармоники МДС статора имеют наибольшую амплитуду. Ротор выполнен с числом полюсов (выступов), равным числу периодов одной из этих гармоник. При протекании электрического тока в обмотке 4 статора происходит силовое взаимодействие магнитного потока обмотки 4 с явнополюсным ротором за счет разности магнитной проводимости между зубцом статора и полюсом (выступом) ротора, а также между зубцом статора и междуполюсным промежутком ротора. Перемещаясь, волна МДС статора создает вращающий момент, действующий на статор и ротор. Ротор вращается, поскольку статор закреплен. При вращении ротора синхронный реактивный электродвигатель будет отдавать механическую мощность в нагрузку.

Питание обмотки 4 статора осуществляется от сети переменного тока, либо от инвертора. В случае питания от инвертора для наиболее эффективной работы синхронного реактивного электродвигателя вводится обратная связь по положению ротора. Положение ротора определяется по показаниям датчика углового положения ротора. В качестве датчика углового положения ротора может использоваться синусно-косинусный вращающийся трансформатор.