|
(21), (22) Заявка: 2008127792/09, 10.07.2008
(24) Дата начала отсчета срока действия патента:
10.07.2008
(46) Опубликовано: 20.09.2009
(56) Список документов, цитированных в отчете о поиске:
ЧИЛИКИН М.Г. Дискретный электропривод с шаговыми двигателями. – М.: Энергия, 1971, с.94-103. RU 2089034 C1, 27.08.1997. RU 2005118906 A, 27.12.2006. RU 2266604 C1, 20.12.2005. US 3679953 A, 25.07.1972. FR 2051323 A5, 02.04.1971. ШАБАЕВ В.А. Анализ источников шума вентильно-индукторного двигателя, Электротехника, 2005, 5. КУЗНЕЦОВ В.А.КУЗМИЧЕВ В.А. Вентильно-индукторные двигатели. – М.: Издательство МЭИ, 2003, с.16.
Адрес для переписки:
600009, г.Владимир, ул. Электрозаводская, 1, ОАО “НИПТИЭМ”
|
(72) Автор(ы):
Шабаев Владимир Алексеевич (RU), Кругликов Олег Валерьевич (RU), Тубис Яков Борисович (RU)
(73) Патентообладатель(и):
Открытое акционерное общество “Научно-Исследовательский Проектно-Конструкторский и Технологический Институт Электромашиностроения” (RU)
|
(54) ВЫСОКОСКОРОСТНОЙ ВЕНТИЛЬНО-ИНДУКТОРНЫЙ ДВУХФАЗНЫЙ НЕРЕВЕРСИВНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ
(57) Реферат:
Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в электроприводах механизмов с переменной производительностью, например в вентиляторах, насосах, компрессорах, в высокоскоростных электрошпинделях и в бытовой технике. Предлагаемый высокоскоростной вентильно-ндукторный двухфазный нереверсивный двигатель, содержащий явнополюсный статор с четырьмя полюсами и сосредоточенными обмотками и ротор с двумя полюсами и клювообразными выступами на полюсах. При этом, согласно изобретению, ротор выполнен с двумя полюсами и с клювообразными выступами на полюсах, причем поверхность каждого полюса ротора с клювообразными выступами имеет форму трех цилиндрических поверхностей одинакового диаметра, при этом центр цилиндрической поверхности полюсов ротора совпадает с осью ротора, а центры двух цилиндрических поверхностей клювообразных выступов полюсов ротора не совпадают с осью ротора. Технический результат – увеличение коэффициента полезного действия и упрощение алгоритма управления высокоскоростного вентильно-ндукторного двухфазного нереверсивного двигателя. 3 ил.
Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в электроприводах механизмов с переменной производительностью, например в вентиляторах, насосах, компрессорах, в высокоскоростных электрошпинделях и в бытовой технике.
Известен индукторный нереверсивный двигатель, содержащий явнополюсный статор, имеющий четыре полюса, и ротор в виде двух цилиндрических поверхностей, имеющих несовпадение осей, при этом поперечное сечение обеих поверхностей имеет высшую точку относительно центра ротора, каждая поверхность ограничена с краев выступом так, что нижние точки одного выступа и верхние точки другого выступа принадлежат одной поверхности, аналогично – для другой поверхности. Протяженность дуг обеих поверхностей составляет 180° [Патент США 3679953, МКИ Н02К 29/00. – Опубл. 25.07.1972 г.].
Основным недостатком этого двигателя является большой воздушный зазор между полюсами статора и ротора, имеющий высокое магнитное сопротивление, и как следствие этого – малый вращающий момент.
Известен нереверсивный двухфазный электродвигатель с переменным магнитным сопротивлением, содержащий явнополюсный статор с четырьмя полюсами, на которых размещены четыре сосредоточенные обмотки, и ротор с двумя полюсами, причем поверхность каждого из полюсов ротора выполнена в виде двух цилиндрических поверхностей разных диаметров, центры которых совпадают с осью ротора. [Патент РФ 2089034, МКИ Н02К 29/10. – Опубл. 27.08.97. Бюл. 24].
5].
Из известных технических решений наиболее близким к предлагаемому изобретению является двухтактный шаговый двигатель с искусственным расширением устойчивой зоны [Дискретный электропривод с шаговыми двигателями, под общ. ред. М.Г.Чиликина. М.: Энергия, 1971, с.94-103].
Двигатель содержит явнополюсный статор с четырьмя полюсами и сосредоточенными обмотками и явнополюсный ротор с двумя клювообразными полюсами, направленными в сторону вращения.
Недостатком этого двигателя является то, что ток фазы имеет резко несинусоидальный характер [Кузнецов В.А., Кузмичев В.А. Вентильно-индукторные двигатели. – М.: Издательство МЭИ, 2003, с.16], то есть содержит наряду с первой гармонической составляющей много высших гармоник большой амплитуды, это увеличивает омические потери в «меди» и в «стали» и уменьшает коэффициент полезного действия, кроме того, для устранения тормозных моментов в этих двигателях приходится применять сложный алгоритм управления, предполагающий упреждение угла включения и выключения транзисторов управляющего инвертора в зависимости от скорости вращения и момента нагрузки.
Целью предлагаемого изобретения является увеличение коэффициента полезного действия и упрощение алгоритма управления.
Поставленные цели достигаются тем, что в известном двухтактном шаговом двигателе с искусственным расширением устойчивой зоны, содержащем явнополюсный статор с четырьмя полюсами и сосредоточенными обмотками и ротор с двумя полюсами, имеющими клювообразные выступы, поверхность каждого полюса с клювообразными выступами имеет форму трех цилиндрических поверхностей одинакового диаметра, при этом центры цилиндрической поверхности полюсов ротора совпадают с осью ротора, а центры двух цилиндрических поверхностей клювообразных выступов полюсов ротора не совпадают с осью ротора. В результате чего момент двигателя, в зависимости от положения ротора, при постоянном токе в обмотке одной фазы в начале магнитного зацепления при угле поворота ротора 0< <45° линейно увеличивается, затем при угле поворота ротора 45°< <90° остается постоянным, а при угле поворота ротора 90°< <135° линейно уменьшается до нуля. При этом если подавать на обмотку фазы напряжение при угловом положении ротора, когда 0< <90°, а при положении ротора, когда 90°< <135°, замыкать электродвижущую силу самоиндукции на источник постоянного напряжения, равного напряжению, подаваемому в предыдущем случае, то под действием этих напряжений и электродвижущей силы самоиндукции ток в фазе меняется в соответствии с законом i=Isin +0,134sin3 , где i – текущее значение тока, I – амплитуда первой гармоники тока, 0,134 – коэффициент, определяющий отношение амплитуды первой и третьей гармоник тока, при котором при угле 45°< <90° i=0,866I и постоянно. Таким образом, ток при разложении в ряд Фурье имеет минимальное число гармоник, что увеличивает коэффициент полезного действия за счет уменьшения потерь в «меди» и в «стали».
При угле поворота ротора 0< <90° напряжение, подаваемое на фазу где L – текущее значение индуктивности фазы, r – омическое сопротивление обмотки, U – напряжение, подаваемое на обмотку, t – время. При этом где М – текущее значение момента, развиваемое фазой, а где – частота вращения ротора, поэтому При угле поворота ротора 90°< <135° электродвижущая сила замыкается на источник постоянного тока, и напряжение на обмотке меняет знак, Поэтому для регулирования скорости и момента при неизменном гармоническом составе тока достаточно регулирования напряжения без сдвигов фронтов импульсов напряжения.
По сравнению с наиболее близким аналогичным техническим решением предлагаемое устройство имеет следующие новые признаки: поверхность ротора с клювообразными выступами на полюсах имеет форму трех цилиндрических поверхностей одинакового диаметра, при этом центр цилиндрической поверхности полюса ротора совпадает с осью ротора, а центры двух цилиндрических поверхностей клювообразных выступов полюсов ротора не совпадают с осью ротора.
Следовательно, заявляемое техническое решение соответствует требованию «новизна».
При реализации предлагаемого изобретения увеличивается коэффициент полезного действия за счет уменьшения омических потерь в «меди», и упрощается алгоритм управления.
Следовательно, заявляемое техническое решение соответствует требованию «положительный эффект».
По каждому отличительному признаку проведен поиск известных технических решений в области электротехники, автоматики и электропривода.
Высокоскоростных вентильно-индукторных двухфазных нереверсивных двигателей, имеющих четыре полюса на статоре с сосредоточенными обмотками и два полюса с клювообразными выступами на роторе, в которых поверхность каждого полюса с клювообразными выступами имеет форму трех цилиндрических поверхностей одинакового диаметра, и центр цилиндрической поверхности полюсов ротора совпадает с осью ротора, а центры двух цилиндрических поверхностей клювообразных выступов полюсов ротора не совпадают с осью ротора, не обнаружено.
Таким образом, указанные признаки обеспечивают заявляемому техническому решению соответствие требованию «существенные отличия».
Сущность предлагаемого изобретения поясняется чертежами.
На фиг.1. показан высокоскоростной вентильно-индукторный двухфазный нереверсивный двигатель, где обозначено: 1 – статор; 2 – ротор; 3 – обмотка; 4 – ось ротора; 5, 6 – центры цилиндрических поверхностей клювообразных выступов полюсов ротора.
На фиг.2. показаны токи фаз и гармонические составляющие токов фаз двигателя: iA – ток и гармонические составляющие фазы А; iB – ток и гармонические составляющие фазы В.
На фиг.3. показаны диаграммы работы высокоскоростного вентильно-индукторного двухфазного нереверсивного двигателя, где обозначено: L – индуктивность фаз; LA – индуктивность фазы A; LB – индуктивность фазы В; – производная индуктивности фазы А по углу поворота ротора; – производная индуктивности фазы В по углу поворота ротора; UA – напряжение фазы A; UB – напряжение фазы В; i – токи фаз; iA – ток фазы А; iB – ток фазы В; МА – момент, развиваемый фазой А; MB – момент, развиваемый фазой В.
С целью подтверждения положительного эффекта, достигаемого при использовании предлагаемого технического решения, в ОАО «НИПТИЭМ» были проведены экспериментальные исследования высокоскоростного вентильно-индукторного двухфазного нереверсивного двигателя с конфигурацией активной части, изображенной на фиг.1. Исследования подтвердили увеличение коэффициента полезного действия и упрощение алгоритма управления.
Таким образом, использование в известном двухтактном шаговом двигателе с искусственным расширением устойчивой зоны, имеющем четыре полюса на статоре с сосредоточенными обмотками и два полюса с клювообразными выступами на роторе, ротор, в котором поверхность каждого полюса с клювообразными выступами имеет форму трех цилиндрических поверхностей одинакового диаметра, и центр цилиндрической поверхности полюсов ротора совпадает с осью ротора, а центры двух цилиндрических поверхностей клювообразных выступов полюсов ротора не совпадают с осью ротора, позволяет улучшить его техническую характеристику.
Формула изобретения
Высокоскоростной вентильно-ндукторный двухфазный нереверсивный двигатель, содержащий явнополюсный статор с четырьмя полюсами и сосредоточенными обмотками и ротор с двумя полюсами и клювообразными выступами на полюсах, отличающийся тем, что, с целью увеличения коэффициента полезного действия и упрощения алгоритма управления, используется ротор с двумя полюсами и с клювообразными выступами на полюсах, причем поверхность каждого полюса ротора с клювообразными выступами имеет форму трех цилиндрических поверхностей одинакового диаметра, при этом центр цилиндрической поверхности полюсов ротора совпадает с осью ротора, а центры двух цилиндрических поверхностей клювообразных выступов полюсов ротора не совпадают с осью ротора.
РИСУНКИ
|
|