ДВИГАТЕЛЬ

Двигатель.
Техническое решение относится к области электрических машин, а именно, электрических двигателей, и может быть использовано при конструировании и эксплуатации двигателей, работаюших на зубцовых гармониках магнитного поля.
Известен (SU, патент 1345291 Н 02 К 19/02, 1987) синхронный электрический двигатель, содержаший статор с трехфазной обмоткой и активный ротор с чередуюшейся полярностью полюсов, причем статор выполнен с явно выраженными полюсами, при этом число полюсов статора Zs и Zr выражены соотношением: Z,.
где ZT  3k, а k  1, 2, 3,4 ...,
а катушки обмотки статора, принадлежащие одной фазе и расположенные на полюсах, сдвинутых на 360 эл. градусов, включены встречно.
Известна (RU, патент 2034393 Н 02 К 19/06, 1995), электрическая машина, содержашая магнитопроводы статора с полюсами зубчатого ротора и неподвижную m - фазную обмотку, катушки которой расположены в пазах между соседними полюсами статора, при этом ш  3, 4 ..., причем каждый полюс статора выполнен с пазом, а машина снабжена постоянными магнитами, каждый из которых расположен в пазу полюса статора, при этом намагниченность каждого магнита направлена согласно намагниченности указанного полюса.
ЖИ:6H02K19/06
Известен (RU, патент 2059994 Н 02 К 19/06, 1996) синхронный электродвигатель, содержащий статор с явно выраженными полюсами, на которых расположена m - фазная обмотка, выполненная в виде катушек, расположенных в 2mk равных чередующихся зонах по одной катушке на полюс, причем в каждой фазной зоне размещены п катушек, принадлежащих одной фазе, катушки в фазных зонах, расположенных на соседних полюсах, соединены встречно, катушки в фазных зонах, расположенных на соседних полюсах, соединены также встречно, катущки в фазных зонах, расположенные через 180°/k при п нечетном соединены согласно, а при п -четном - встречно, число полюсов статора и ротора отличается на 2k, при этом k  1,2, 3 ...,а п  2,3,4 ... .
Известен (RU, патент 2006142 Н 02 К 19/06, 1994) синхронный двигатель с электромагнитной редукцией частоты вращения, содержащий статор с явно выраженными полюсами, на поверхности которых выполнены , m - фазную обмотку, выполненную в виде 2тр (где р - число пар полюсов) катушек, размещенных на полюсах, коммутационное устройство и зубчатый безобмоточный ротор, причем по окружности зубчатого ротора размещены короткозамкнутые витки из немагнитного материала с высокой электропроводностью, расположенные на зубцах ротора так, чтобы при любом повороте ротора под каждым полюсом статора находилось бы не менее чем по одному витку.
Недостатком известных технических решений следует считать невысокиеэнергетическиепоказатели,обусловленные
нерациональным размещением зубцов на роторе.
Техническая задача, решаемая посредством настоящего технического решения, состоит в разработке конструкции
электрического двигателя с улучшенными энергетическими характеристиками.
Технический результат, получаемый в результате реализации технического решения, состоит в улз чшении эксплуатационных характеристик двигателя.
Указанный технический результат достигается использованием электрического двигателя, содержащего статор с явно выраженными полюсами, на внутренней поверхности которых выполнены зубцы, m фазную обмотку, выполненную в виде 2тр катушек, размещенных на полюсах, коммутационное устройство и зубчатый ротор, каждая фаза m - фазной обмотки содержит две параллельные ветви, первые концы первых ветвей каждой фазы подключены к положительному полюсу источника питания последовательно через управляемые ключи или через анод диода к источнику переменного тока, первые концы вторых ветвей каждой фазы подключены последовательно через управляемые ключи к отрицательному полюсу источника питания или через катод диода к соответствующей фазе источника переменного тока, вторые концы всех первых и всех вторых ветвей соединены в две звезды, нулевые точки звезд соединены проводом, замыкающим их накоротко между собой, каждая ветвь содержит р катушек, включенных последовательно или параллельно, а число зубцов на роторе определено соотношением:
ZR  2mp(Zs + К) ± (2т ± 1),
ZR- ЧИСЛО зубцов ротора,
m - число фаз источника питания, где m - 2, 3, 4 ...
р - число пар полюсов обмотки,
к - число зубцов, которое может быть дополнительно размещено на полюсном выступе.
Предпочтительно, ширина зубца ротора составляет от 20 до 70 % ширины зубцового деления. Преимущественно, зубцы статора, расположенные на соседних полюсных выступах, сдвинуты относительно друг друга на угол (360 /2тр) ± 10 %. Обычно угловая ширина зубцового деления зубцов статора равна угловой ширине зубцового деления зубцов ротора. Предпочтительно, в каждой фазовой зоне размещены п катушек, где п - 2, 3,4 ..., принадлежащих одной фазе, причем катушки в фазных зонах расположенных на соседних полюсах, соединены встречно. Обычно индуктивности катушек, включенных в одну ветвь отличаются по величине и фазе переменной их части не более чем, на 15%.
В дальнейшем техническое решение будет рассмотрено с использованием графического материала (фиг. 1 и фиг. 2), где использованы следующие обозначения: статор 1 с явно выраженными полюсными выступами 2, на которых расположена m - фазная обмотка 3, содержащая первую 4 и вторую 5 параллельные ветви. Указанные первые ветки 4 подключены к положительному полюсу 6 источника питания, а указанные вторые ветви 5 подключены к отрицательному 7 полюсу источника питания. Подключение указанных ветвей 4 и 5 осуществлено соответственно через управляемые ключи 8 и 9. Каждая ветвь 4 и 5 содержит катушки 10. Па внутренней поверхности полюсных выступов 2 выполнены зубцы 11, на поверхности ротора выполнены зубцы 12.
Рассматриваемый ищолкторный двигатель содержит статор 1 с явно выраженными по.шюсными выступами 2 в количестве 2тр, на которых расположена ш - фазная обмотка 3, образованная
сосредоточенными катушками 10. Каждая фаза обмотки 3 содержит первую 4 и вторую 5 параллельные ветви. Первые концы первых ветвей 4 каждой фазы подключены к положительному полюсу 6 источника питания последовательно через управляемые ключи 8, первые концы вторых ветвей 5 каждой фазы подключены последовательно через управляемые ключи 9 к отрицательному ПО.ЛЮСУ 7 источника питания, вторые концы всех первых 4 и всех вторых 5 ветвей соединены в две звезды, нулевые точки звезд соединены проводом, замыкающим их накоротко между собой, каждая ветвь содержит р катушек 10. На внутренней поверхности полюсных выступов 2 выполнены зубцы 11 с открытыми пазами в количестве Zg, причем Zg может быть любым целым числом, начиная с единицы, на поверхности ротора вьшолнены зубцы 12, число которых ZR определено выше. Ищ тстивности катушек 10, включенных в одну ветвь 4 или 5, имеют минимальные (до 15%) различия в величине и фазе переменной их части. Указанные различия изменяются в зависимости от положения ротора.
Устройство работает следующим образом. При открывании ключей 8 и 9, соединенных с ветвями, по ветвям протекают токи, создающие магнитное поле. Открытых ключей может быть от 2 до 2т - 1, в зависимости от выбранного алгоритма зшравления ключами. В различные моменты времени по ветвям, подключенным к положительному полюсу, протекают положительные токи, а по ветвям, подключенным к отрицательному полюсу, протекают отрицательные токи. Соответственно, ротор 1 всегда стремится занять такое положение, чтобы в области максимального магнитного поля было минимальное магнитное сопротивление воздушного зазора, т. е. чтобы было обеспечено совпадение зубцов И статора и зубцов 12
ротора под полюсами, в обмотках которых протекают максимальные токи. При переключении ключей 8 и 9 происходит коммутация токов, максимальный ток протекает в этом случае по другим катушкам, и ротор 1 соответственно поворачивается, стремясь занять положение, в котором под возбужденном током полюсами магнитное сопротивление расположенных на них катзопек минимально.
Электромагнитнаясила,создаваемаядвигателем,
пропорциональна, в том числе, кроме длины статора и диаметра расточки, и относительной ширине поверхности полюсного выступа, определяемой отношением числа зубцов Zg, расположенных на полюсном выступе, к числу зубцов, которые могли бы быть расположены на нем, с учетом пропзпщенных К зубцов по технологическим или любым другим причинам. Чем больше пропущено зубцов, тем больше ширина окна и его площадь. Пропуск зубцов позволяет уменьшить высоту окна и наружный диаметр двигателя, уменьшить потери в меди обмотки. Указанное оптимальное соотношение между числом зубцов статора и числом зубцов ротора и позволяет оптимизировать параметры двигателя.
Предлагаемый электродвигатель обладает повышенным удельным моментом на единицу массы (до 14%) и увеличенным к.п.д.(на 2-4%) по сравнению с известными двигателями за счет лучшего соотношения между шириной полюсных выступов и шириной окна статора.