ОБМОТКА ОДНОФАЗНОГО ДВИГАТЕЛЯ С ИЗМЕНЯЕМЫМ ЧИСЛОМ ПОЛЮСОВ

Обмотка однофазного двигателя с изменяемым числом полюсов.
Полезная модель относится к области электротехники, а именно к уст ройству обмоток однофазных двигателей с изменяемым числом полюсов, и может быть использовано при изготовлении обмоток однофазных асинхрон ных двигателей с различным числом полюсов.
Известен однофазный двигатель с изменяемым числом полюсов, содержащий двухзонную обмотку, уложенную в пазы статора и намотанную с числом пар полюсов Pi  PQ. Обмотка однофазного двигателя с изменяемым числом полюсов выполненна однослойной с базисной полюсностью РО и числом фаз Шо, при этом в каждой фазе QQ катушечных групп, включенных последо вательно на полюсном делении TO , величина которого равна
то  Z / (2Ро),
где Z / 2 - общее число катушек, а обмотка разделена на каждой паре полю сов на две части. Двигатель предназначен для использования в качестве при вода бытовых приборов  РФ, патент, 2096891, кл. Н 02 К 3/28, 17/06, 1997 .
Разделение обмотки на каждой паре полюсов на две части и намотка катушек не непрерывно, а ступепями приводит к увеличению вылета лобовых частей обмотки, а соответственно к увеличению расхода обмоточной меди. Намотка катушек ступенями на каждой паре полюсов осложняет технологию изготовления обмотки.
Известна также двухзонная и однослойная обмотка однофазного двигателя с изменяемым числом полюсов, уложенная в пазы статора и намотанная с числами пар полюсов и  РО и числом фаз Шо, при этом в каждой фазе QQ катушечных групп, включенных последовательно на полюсном делении TO, величина которого равна
(t1
KJi. но 2К 3/28, 17/06
где Z / 2 - общее число катушек и обмотка разделена на каждой паре полюсов на две части, а число пар полюсов PQ  2 и QO  2.
Двигатель может использоваться в качестве привода многофункциона льных машин бытовой техники и приборах РФ, свидетельство на полезную модель, 10953, Н О2 К 3/28,1999. Эта обмотка наиболее близка к предлагае мому изобретению и является прототипом.
Тем не менее, разделение обмотки на каждой паре полюсов на две части увеличивает вылет лобовых частей, а соответственно увеличивает расход обмоточной меди, а намотка катушек ступенями на каждой паре полюсов осложняет технологию изготовления обмотки.
Анализ приведенного уровня техники свидетельствует о том, что задачей изобретения является создание обмотки однофазного двигателя с из меняемым числом полюсов, которая имеет меньший расход материалов и более простую технологию изготовления.
Это достигается тем, что обмотка однофазного двигателя с изменяе мым числом полюсов, выполненная двухзонной и однослойной с базисной полюсностью РО с числом фаз Шо, содержащая в каждой фазе QQ катушечных групп, включенных последовательно на полюсном делении TO , величина ко торого равна
где Z /2 - общее число катушек, а число пар полюсов РО  2 и qo  2, и боль шей полюсностью PI  РО. При этом шаг у катушек однослойной обмотки отличен от величины полюсного деления на единицу
где Z  2тоРоЧо5 левые стороны всех Z / 2 катушек размещены в нечетных пазах, а правые стороны всех Z/2 катушек размещены в четных пазах, при этом число катушек в фазе соединенных последовательно qo4eTHoe, левыми стороTO  Z / (2Po),
то Z / (2Ро),
У  то±1,
нами катушек на паре базисных нолюсов РО образована структурная цепочка обмотки вида для то 2
Аа Ва Ха Yg,
и длято 3
Л-а а а   а
где А и X, в и, С и Z - числа проводников в катушках соответственно пер вой, второй и третьей фаз, при этом катушки с индексами X, Y и Z включе ны встречно катушкам с индексами А, В и С, а а -число повторений кату шек с символами  А, X, В,У, С, Z в фазах равное
полюсность Pj с числом фаз ш, 2 образована структурной цепочкой обмотки вида
{ ( NC QC ж Md Pd)i t (( Qc NC ).(Pd Md ),t}V,
где N и Q, M и Р-числа проводников катушек, а с и d - число повторений ле вых сторон катушек соответственно первой и второй фаз по нечетным пазам, при этом катушки с индексами Q и Р включены встречно катушкам с индек сами N и М, 1, t и V - число повторений в структурной цепочке обмотки с по люсностью Pi, число пар полюсов Pi определено соотношением
Pi  Pc-Po+K,
где PC  2i (t + v) и число пар полюсов Pi построено с учетом равенства
I2moa-l(c + d)i,
РО t + v
и К - целое положительное число изменений в структурной цепочке фаз об мотки с последовательности ( NC Qc )i( Md Pd)i на ( Qc NC )i (Pd, Md )i.
Ha фиг. 1-2 изображены однослойные обмотки двигателя с изменяемым числом полюсов и её элементы; на фиг.З -6 схемы включения обмоток на число пар полюсов  на фиг.7-9 схемы включения полюснопереключаемых обмоток с одной полюсности на другую.
а  Яо/2,
Обмотка однофазного двигателя с изменяемым числом полюсов выполнена однослойной и размещена в пазах статора. На фиг. 1 число пазов статора 32, а на фиг.2 число пазов статора 48.
Фаза обмотки состоит из катушечных групп 1-16 (фиг.1а) и 1-24 (фиг. 2а), которые содержат одну катушку , либо большее число(на фиг. 1а и 2а катушечная группа имеет одну катушку).
катушек 1-16 (фиг.1а) и 1- 24 (фиг.2а) однослойной обмотки отличен от величины полюсного деления TO на единицу
У  со±1,
при этом TO Z / (2Ро), где Z  2тоРоЯо, а т и Ро  2 - число фаз и пар полюсов базисной обмотки ( фиг. 1 и 2 ).
Обмотка с числом фаз Шо  2 и РО  2 (фиг. 1) имеет полюсное деление равное TO  8, а шаг обмотки у  7, т.е. на единицу меньше. Число пазов на полюс и фазу Qo 2 базисной обмотки четное и равно QQ  4 (фиг. 1).
Левые стороны всех Z / 2 16 катушек 1-16 размещены в нечетных па зах 1, 3, 5, ...31, а правые стороны всех Z / 2 16 катушек 1-16 размешены в четных пазах 2, 4, 6...32. Левыми сторонами катушек на паре базисных полюсов РО образована структурная цепочка обмотки вида Ад Вд Ха Ya, где А и X, В и Y - числа проводников в катушках соответственно первой и второй фаз, при этом катушки с индексами X и У включены встречно катушкам с индексами А, В, а  число повторений катушек с символами А, X, В,У в фазах равно
a  qo/2  2,
что показано на матрице обмотки (фиг. 16 ). Схема соединения катушечных групп (фиг.1в), выполнена по структурной цепочке на паре полюсов РО
АгВгХгУг,
цепочки A2; левые стороны катушек Зи4,11и12 размещены в нечетных пазах 5и 7,21 и 23 и принадлежат второй фазе, что определено элементом структурной цепочки 62; левые стороны катушек 5 и 6, 13 и 14 размешены в нечетных пазах 9 и 11,25 и 27 и принадлежат второй фазе, что определено элементом структурной цепочки Х2; левые стороны катушек 7и8,15и16 размещены в нечетных пазах 13и15, 29и31и принадлежат второй фазе, что определено элементом структурной цепочки 2.
Обмотка с числом фаз то 3 и РО  2 ( фиг.2 ) имеет полюсное деление равное TO 12, а шаг обмотки у  11, т.е. на единицу меньше. Число пазов на полюс и фазу Qo 2 базисной обмотки четное и равно Яо  4 (фиг.2).
Левые стороны всех Z/2  24 катушек 1-24 размещены в нечетных пазах 1,3,5...47, а правые стороны всех Z / 2  24 катушек 1 - 24 размещены в четных пазах 2, 4, 6 ...48. Левыми сторонами катушек на паре базисных полюсов РО образована структурная цепочка обмотки вида Ад Za Bg ХдСд Ya где А и X, В иУ, С и Z - числа проводников в катушках соответственно первой, второй и третьей фаз, при этом катушки с индексами X, Y и Z включены встречно катушкам с индексами А, В и С, а  число повторений катзпшек с символами А, X, В,У, С, Z в фазах равно
а  Яо/2  2,
что показано на матрице обмотки (фиг.2б). Схема соединения катушечных групп (фиг.2в), выполнена по структурной цепочке на паре полюсов РО
A2Z2B2X2C2Y2,
где левые стороны катушек 1и2,13и14 размещены в нечетных пазах 1и 3,25 и 27 и принадлежат первой фазе, что определено элементом структурной це цепочки А2; левые стороны катушек Зи4,15и16 размещены в нечетных па зах 5 и 7, 29 и 31 и принадлежат третьей фазе, что определено элементом структурной цепочки Z2; левые стороны катушек 5 и 6,17 и 18 размещены в нечетных пазах 9 и 11,33 и 35 и принадлежат второй фазе, что определено
элементом структурной цепочки В2; левые стороны катушек 7 и 8,19 и 20 размещены в нечетных пазах 13 и 15, 37 и 39 и принадлежат первой фазе, что определено элементом структурной цепочки Х2; левые стороны катзтпек 9 и 10, 21 и 22 размещены в нечетных пазах 17 и 19,41 и 43 и принадлежат третьей фазе, что определено элементом структурной цепочки С2, левые стороны катушек II и 12, 23 и 24 размещены в нечетных пазах 21 и 23,45 и 47 и принадле жат второй фазе, что определено элементом структурной цепочки УЗ (фиг.2).
Число пар полюсов Pj с числом фаз mi  2 образовано структурной це почкой обмотки вида при
(NcQc)i(MdPd)
где N и Q, М и Р- числа проводников катушек, а с и d - число повторений ле вых сторон катушек соответственно первой и второй фаз по нечетным пазам, при этом катушки с индексами Q и Р включены встречно катушкам с индексами Ми М, i ,vи t -число повторений в структурной цепочке обмотки с по люсностью Pi.
Так при Z  32 (фиг.З) структурная цепочка обмотки примет вид
(NiQi)2(MiPi),
где левые стороны катушек 1, 3 и 9,11, размешены в нечетных пазах 1, 5 и 17,21 и принадлежат первой фазе, что определено элементом структурной цепочки NI; левые стороны катушек 2,4 и 10,12 размешены в нечетных пазах 3,7 и 19,23 и принадлежат первой фазе, что определено элементом структурной цепочки QI ; левые стороны катушек 5,7 и 13,15 размещены в нечетных пазах 9, 13 и 25,29 и принадлежат второй фазе, что определено элементом структурной цепочки MI; левые стороны катушек 6, 8 и 14,16 размещены в нечетных пазах 11,15 и 27,31 и принадлежат второй фазе, что определено элементом структурной цепочки PI.Приведенной структурной цепочке соот ветствует матрица обмотки с числом пар полюсов Pi  6 (фиг. 36) и схема включения катушечных груш1(фиг.3в).
При Z  48 (фиг.4) структурная цепочка обмотки может быть выполнена по типу при
(NiQi)3( MiPi),
где левые стороны катушек 1, 3, 5 и 13,15,17 размещены в нечетных пазах 1, 5, 9 и 25, 29 и 33 и принадлежат первой фазе, что определено элементом структурной цепочки NI; левые стороны катушек 2, 4, 6 и 14, 16, 18 размещены в нечетных пазах 3,7,11 и 27,31,35 и принадлежат первой фазе, что определено элементом структурной цепочки QI; левые стороны катушек 7,9, 11 и 19, 21,23 размещены в нечетных пазах 13,17, 21 и 37,41, 45 и принад лежат второй фазе, что определено элементом структурной цепочки MI; левые стороны катушек 8,10,12 и 20,22,24 размешены в нечетных пазах 15, 19, 23 и 39,43, 47 и принадлежат второй фазе, что определено элементом струк турной цепочки PI.Приведенной структурной цепочке соответствует матрица обмотки с числом пар полюсов Pi  10 (фиг.4б) и схема включения катушеч ных групп (фиг.4в).
Число пар полюсов Pi определено соотношением
Pi  Pc-Po + K,
где PC  2i(t+v), при этом число пар полюсов Pi построено с учетом равенства
Z2moa  Z(c + d)i.
РОt+v
Так для Z  32 (фиг.З) число пар полюсов Pi определено соотношением при V  О и соответственно К  О
Pi  Pc-Po  ,
где PC  2-2-2  8, а РО  2, при этом число пар полюсов Pi построено с учетом равенства
Z2moa  E(c + d)i   (1 + 1)-2, 2222
т.е. имеет место тождество 8  8.
Для Z  48 (фиг.4) число пар полюсов Pi будет определено соотноше нием при V  О и соответственно К  О
Pi  Pc-Po 12-2  10,
где PC  2-3-2  12, а РО  2 , при этом число пар полюсов Pi построено с учетом равенства
I2moa  I(c + d)i   (1 + 1)-3, РОг22
т.е. имеет место тождество 12  12.
К - целое положительное число изменений в структурной цепочке фаз обмотки с последовательности ( NC Qc )i( Md Pd)i на ( Qc Ng )i ( Pd M )i, при этом образована структурная цепочка обмотки вида
( ( NC QC ж Md Pd)i It ( Qc NC )i(Pd Md ))v,
где i, t и V -число повторений в структурной цепочке обмотки с полюсностью Pi.
Так при Z  32 (фиг. 5) структурной цепочке обмотки
(NiQi)2(MiPi),
можно придать вид
{ (Ni Qi )2(Mi Pi) ( Qi Ni)2(Pi MI ),
что приведет к следующим изменениям : левые стороны катушек 9,11 раз мещены в нечетных пазах 17,21 и принадлежат первой фазе, что определено
теперь элементом структурной цепочки Qi; левые стороны катушек 10,12 размещены в нечетных пазах 19,23 и принадлежат первой фазе, что определено теперь элементом структурной цепочки NI; левые стороны катушек 13,15 размещены в нечетных пазах 25,29 и принадлежат второй фазе, что опреде лено теперь элементом структурной цепочки PI; левые стороны катушек 14, 16 размещены в нечетных пазах 27,31 и принадлежат второй фазе, что оп ределено теперь элементом структурной цепочки MI. Приведенной
структурной цепочке соответствует матрица обмотки с числом пар полюсов Pi  7 (фиг.За) и схема включения катушечных групп (фиг.5б).
При этом число пар полюсов Pi может быть определено соотношением
Pi  Pc-Po + K  8-2 + l
где К  1- число изменений в структурной цепочке фаз обмотки с последовательности ( NI QI ) 2( MI PI )2  2 на последовательность { ( NI Qi )2( MI
Pl)(QlNi)2(PiMi).
При Z  48 (фиг.6) стр таурная цепочка обмотки может быть выполнена по типу
( NI QI ) з( MI PI Ь  iKQi NI ) 3(Pi MI )з  1,
что приведет к следуюпщм изменениям: левые стороны катушек 13, 15,17 размешены в нечетных пазах 25,29 и 33 и принадлежат первой фазе , что оп ределено теперь элементом структурной цепочки Qi; левые стороны катушек 2,4, 6 и 14,16,18 размещены в нечетных пазах 3, 7,11 и 27,31,35 и принадле жат первой фазе, что определено теперь элементом структурной цепочки NI; левые стороны катушек 19,21,23 размешены в нечетных пазах 37,41,45 и принадлежат второй фазе, что определено теперь элементом структурной цепочки PI; левые стороны катушек 20, 22,24 размешены в нечетных пазах 39, 43,47 и принадлежат второй фазе, что определено теперь элементом структу рной цепочки MI. Приведенной структурной цепочке соответствует матрица обмотки с числом пар полюсов Pi  11 (фиг.ба) и схема включения катушеч ных групп (фиг.бб).
При этом число пар полюсов Pi может быть определено соотношением
Pi  Pc-Po +  + l  ll,
где  - число изменений в структурной цепочке фаз обмотки с последова тельности ( NI QI ) з( MI Pi) на последовательность {( NI Qi )з( MI РОз i (QiNi)3(PiMi).
Схемы включения обмотки однофазного двигателя с изменяемым чис лом полюсов с одной полюсности на другую: с PQ на Pi и наоборот, с Рц на Pi 2 и наоборот (примеры на фиг.7 - 9), выполнены по схемам включения катушечных групп (фигЛвиЗб, 56; 2в и 46,66).
Так при сохранения числа фаз m  2 при переключении числа пар по люсов с РО  2 на Pi  6 в приведенных примерах схем ( фиг.7) использован принцип:
-все катушки 1-16 обмотки объединены в четыре группы;
-в первой группе объединены катушки постоянно включенные в одну из фаз (1,10 и 8,15), при этом выводные концы первых катушек в этой группе 1 и 8, образуют начала фаз обмотки;
-во второй группе объединены катушки постоянно включенные в од ну из фаз, но с реверсом тока ( 2, 9 и 7,16);
-в третьей группе объединены катушки переключаемые из одной фа зы в другую фазу, но с реверсом тока (5,14 и 4,11 );
-в четвертой грзшпе объединены катушки переклячаемые из одной фазы в другую фазу, но без реверсом тока (6,13 и 3,12 ), при этом выводные концы последних катушек в этой группе 12 и 13, образу юшие концы фаз, объединены в общий вывод обмотки 25.
Эти условия реализуется как соединением катушечных групп 1-16 между собой, так и ключами 26,27.
Для случая сохранения числа фаз m  2 при переключении числа пар
полюсов с Рц  6 на Pi2  7 в приведенном примере схемы (фиг.7) использо ван принцип реверса тока в части катушечных групп 9,10,11,12 и 13,14., 15 ,16 каждой фазы. Это условие реализуется как соединением катушечных групп 1-16 между собой, так и ключами 28,29.
Для случая изменения числа фаз с m о  3 на mi  2 при переключении числа пар полюсов с PQ  2 на Pi  10 и Pi  11 в приведенных примерах схем (фиг.7а, б, в) использованы принципы структурной пересройки и реверса то ка в части катушек. Это условие реализуется как соединением катушеч ных групп 1-24 между собой, так и ключами соответственноЗО,31 и 32,33.
А для случая сохранения числа фаз m  2 при переключении числа пар ПО.ШОСОВ с Pii 10 на Pi2 11 в приведенном примере схемы ( фиг.7г) исполь зован принцип реверса тока в части катушечных групп каждой фазы .Это условие реализуется как соединением катушечных групп 1- 24 между собой, так и ключами 34, 35.
Предлагаемая однослойная обмотка однофазного двигателя с изменя емым числом полюсов выполнена с шагом катушек отличным от величины полюсного деления на единицу, т.е. с укороченными лобовыми частями об мотки, и без разделения на части, что уменьшает вылет и соответственно длину лобовых частей обмотки. Такое конструктивное исполнение обмотки уменьшает как расход меди, так и расход изоляционных материалов, снижает и расход конструкционных материалов за счет уменьшения общей длины двигателя. Не ступенчатое, непрерывное исполнение обмотки с учетом уме ньшения длины двигателя позволяет упростить операцию по намотке двига теля, повысить производительность труда при выпуске многоскоростных двигателей, механизировать обмоточные работы.
Таким образом, благодаря исполнению однофазной обмотки с изменя емым числом полюсов непрерывной с укороченным шагом уменьшается расход активных материалов и упрощается технология изготовления обмот ки.
Проректор по на; профессор
В.И.Денисов