Двигатель с переменным магнитным сопротивлением

(33) франция Государственный комите СССР по делам изобретений и открытийликовано 250679. Бюллетень ЛЪ 23 Дата опубликования описания 2506(72) Автор изобретени Иностранецод Робер Мае (франция) Иност Понт(ф(54) ДВИГАТЕЛЬ С ПЕРЕМЕННИМ ТНЫМ СОПРОТИВЛЕНИ упо- клюен ым чс переем, со- бмотках полюиз козл.град дственсторон, р иэ чи сло Это достигается зубцов двух статор воряют следующему 1 К щЯ ) а ЯК тв котором Е - числ элем тив мыслем, что и ротор отношен ислаудовлет о зубцов первогоента, включая фикые зубцы, которые енно могут быть Изобретение относится к двигателям с переменным магнитным сопротивлением, питаемым многофазным током.Известны двигатели, в которых предусмотрены подвижный и неподвижный элементы, один из которых имеет несколько обмоток, установленных на зубчатых полюсах, а другой представляет собой зубчатое тело из магнитного материала, при этом число зубцрв 10 первого элемента отличается от числа зубцов второго элемента,в результате чего эти зубцы могут образовывать магнитные цепи с переменным магнитным сопротивлением, что приводит к )5 возникновению относительного движения двух элементов при возбуждении обмоток в определенной последовательности 11. Известен также двигательменным магнитным сопротивлендержащий статор, снабженныйми, установленныии на зубчатысах по одной на полюс, каждаторых сдвинута по фазе на 12относительно обмоток, непосрно к ней примыкающих с обеихи безобмоточный зубчатый ротомагнитного материала, причем зубцов статора не равно числу зубцов ротора 2.Однако такой двигатель требует введения яыпрямительных диодов, вклю чаемых последовательно с обмотками возбуждения, и может работать только от источника трехфазного токаЦель изобретения - упрощение и расширение области применения устрой ства, создание двигателя с переменным магнитным сопротивлением, который, обладая всеми преимуществами мянутого двигателя, в частности ис чительно высоким КПД, может подключаться к источнику переменного тока без введения какого-либо электронного компонента. Кроме того, будучи ос нованным на том же принципе, этот двигатель может быть.изготовл для работы под напряжением с люб ислом фаэ.670251помещены между упомянутыми полюсами;Е 4 - число зубцов второгоэлемента;Я - число полюсов на однуФазу источника питания;К - сомножитель числа Фазупомянутого источника,не превышающий третиот этого числа Фаз,На фиг. 1 схематически изображен 10 двигатель с переменным магнитным сопротивлением 1 на фиг. 2 - то же, частичный поперечный разрез; на Фиг. 3 9 - образование вращающихся магнитных полей в двигателе; на Фиг. 10-12 - 15 три способа подключения двигателя; на фиг. 13-15 - предложенный двигатель, три варианта выполнения.На Фиг. 1, иллюстрирующей принцип работы двигателя с переменным сопро тивлением, изображены два последовательных полюса 1 и 2 того элемента двигателя, который в данном случае будет считаться неподвижным элемен- . том или статором,3. Полюсы, выполненные из магнитного материала, окруже" ны обмотками.4, которые могут возбуждаться в определенной последовательности при помощи коммутирующего устройства. Каждый полюс имеет некоторое число зубцов 5, перед которыми могут перемещаться зубцы другого элемента, который считается подвижным элементом или ротором и вы полнен из магнитного материала, но который не имеет заранее выполненных 35магнитных полюсов. Между статорнымии роторными зубцами б имеется воздушный зазор.Работа такого двигателя основана на том, что между статорными зубца" ми 5 двух последовательных полюсов существует некоторый сдвиг б,при этом шаг Зубцов обозначен через Р, Таким образом, если возбудить только 45 обмотку 4 полюса 1 (см. Фиг. 1), то ничего не произойдет, поскольку зубцы находятся точно друг против друга и магнитное сопротивление рассматриваемой магнитной цепи минимально. 50Но если теперь возбудить обмотки 4 двух полюсов 1 и 2, то ротор будет стремиться к такому положению,в котором минимальным будет магнитное сопротьвление обеих магнитных цепей.В реэу 5- льтате этого возникает движение ротора. Если затем возбудить только обмотку полюса 2,то произойдет новое перемещение ротора, направленное на точное совмещение,его зубцов с зубцами полюса 2. Работа двигателя обеспечивается при соблюдении двух условий, а именноРд Е и возбуждения обмоток 4 во вполне определенной посяедовательностй. Придав элементам двигателя Формуокружности, получают двигатель свращательным движением.До настоящего времени переключениеобмоток осуществлялось при помощиэлектронных коммутирующих устройствили при изменении переменного тока,за счет чего в двигателе, например,при помощи трехфазного напряжениясоздавалось одно или несколько вращающихся магнитных полей. Однако прииспользовании этой последней системыпитания обмоток до сих пор не представлялось возможным исключить такиеэлектронные элементы как диоды.Таким образом, данное изобретениеобеспечивает сдвиг Й зубцов подвижного элемента относительно зубцов неподвижного элемента за счет установления определенного соотношения между числом зубцов неподвижного элемента и числом зубцов подвижного элемента и системой питания на переменном токе, которую хотят испольэоватьдля двигателя, причем эта зависимостьпозволяет конструировать двигатели,которые могут работать на многофазнбм переменном напряжении во всем ихассортименте без необходимости введения какого-либо электронного коммутирующего элемента, такого как диод,тиристор и т.д,Предположим, чтоЕ - число зубцов первого элемента, включая так называемыефиктивные зубцы, которые могли бы находиться между последовательными полюсами этогоэлемента, если бы зубчатаянарезка была непрерывной 1Е 4 - число зубцов второго элемента;Я - число полюсов первого элемента на одну Фазу напряженияпитания,Е,-Е,= ЯК,где, К - сомножитель числа Фаз ипитания двигателя, не превышающийи/3 из тех соображений, что для создания в двигателе вращающегося поля,обеспечивающего переключение магнитных потоков в полюсах двигателя, необходимо располагать числом Фаэ, какминимум равным трем. Таким обраэоМ,приведенное соотношение непосредст"венно связывает число Фаз напряженияс разницей между числами подвижныхи неподвижных зубцов двигателя.Поскольку величина Я определяетчисло вращающихся полей в двигателе,т.е. число образуемых пар полюсовможно вычислить, исходя из выбранногочисла полюсов на одну Фазу и виданапряжения питания, общее число полюсов двигателя Р=Яп.Скорость вращения. такого двигателя вычисляется при помощи соотношенияв котором Я - скорость вращения,об/мин;Г - частота напряжения пи"тания;2 - число зубцов подвижного элемента.Двигатель, изображенный на фиг. 2 5(предпочтительный вариант), содержитстатор 3 кру свого сечения, выполненный из магнитного материала в видевнешнего кольца 7, из которого по радиусу выступают внутрь равномерно 10распределенные по окружности полюсы 1, 2, число которых в данном случае равно двенадцати. На каждом полюсе статора установлена обмотка 4,На свободном торце каждого полюса 15имеется несколько зубцов 5, числокоторых равно четырем. Однако приподсчете разности между числами ро торных и статорных зубцов для каждого полюса 1, 2 учитывают один фиктивный зубец 8, который Фактически отсутствует, но может быть мысленнопомещен рядом с зубцами данного полюса, как показано пунктиром наФиг, 2. В действительности этот зубецЖне может быть выполнен по технологическим соображениям, прежде всегоиз-за необходимости установки обмотки вокруг полюсов 1, 2. Каждый полюс1, 2 имеет расширение на участке,где выполнены зубцы 5. Кроме тога,на фиг, 2 показано, что все обмотки 4статора наматываются в одну сторонувокруг соответствующих полюсов, врезультате чего создаваемое обмоткойв своем полюсе магнитное поле мажет 35замыкаться на два соседних полюса.Двигатель содержит также ротор 9,выполненный в виде колеса из магнитного материала и имеющий на периферии зубцы 6, перемещающиеся перед 40зубцами 5 статора, с которыми они образуют воздушный зазор, при этом статор и ротор являются сооснымиСампо себе ротор не образует никакогомагнитного полюса.Поскольку в описываемом примерекаждый полюс 1, 2 статора имеет четыре зубца 5, а число полюсов равнодвенадцати, общее число зубцов статора равно 60 с учетом фиктивных зубцов 8,50Если при этом выбрать трехфазноенапряжение питания, та число полюсовна одну фазу будет: Б = Р/и, т.е. 4,в результате чего двигатель будетиметь четыре пары магнитных полюсов. 55В этом случае 2 я составляет 60-4=56,К равен 1, но 2 я может быть равнымтакже 64, поскольку оба эти числаудовлетворяют условию, согласно которому сдвиг между роторными и статорными зубцами двух последовательных.полюсов должен быть меньше половинышага зубцов,Поскольку обмотка каждого полюса1, 2 запитывается синусоидальным напряжением, то ее поле будет иметь синусоидальную Форму со сдвигом по Фазе относительно напряжения на угол,зависящий прежде всего от омическогосопротивления обмотки. Поедполагается, что обмотки 4 подключены согласносхеме па Фиг. 10. Если провести трикривые синусоидальных токов в двенадцати обмотках 4 (см. Фиг, 3), томожно указать знак и величину магнитных потоков в полюсах, соответственно при Фазовых углах 30,99,150,210,270 и 330" периода тока. Когда потокв данном полюсе максимален, то вдвух соседних полюсах потк имеетпротивоположный знак и половиннуювеличину.Таким образом, двигатель согласноизобретению может быть подключен непосредственно к источнику без какойлибо дополнительной компоненты.На Фиг.4-9 для каждого момента,рассматриваемого на фиг, 3, указанынаправление и величина магнитных потоков в двенадцати полюсах двигателя. В двигателе создается вращающееся поле и это поле совершает полоборота за два полупериода тока. Втечение этого времени ротор поворачи вается на два зубца так, что при частоте источника питания 50 гц скоростьэтого двигателя будет составлятьЯ = = 107 об./мин.2 х 50 х 60Статор 3 и ротор 9 могут быть выполнены из любого подходящего магнитного материала, причем предпочтительньы является материал, в которомне могут возникать сильные токи Фуко.Можно использовать, например, мягкую .сталь, пакеты пластин стали с кремнием, спеченный металл или такжеэпоксидную смолу с наполнителем изчастиц магнитного металла, напримержелеза.На фиг. 10-12 показаьы некоторыеиз возможных вариантов включения обмоток 4 двигателя, причем это включение может выполняться звездой(см. Фиг. 10 и 11) или 1 фтреугольником (см. Фиг, 12). Обмотки могутвключаться попарно последовательно,а затем параллельна или целикомпараллельна или последовательно прилюбой выбранной конфигурации,Можно также питать двигатель од-нофазным напряжением, преобразуемымв трехфазное напряжение при помощиФазосдвигающих конденсаторов.На Фиг. 13-15 представлено несколько возможных вариантов двигателя. Однако следует отметить, что этиварианты могут быть применены длявсех двигателей согласно изобретению, удовлетворяющих укаэанномусоотношению.На Фиг. 13 представлен вариант, вкотором два подвижных элемента 10 и11, имеющих в целом цилиндрическуюформу, установлены соосно друг другу,при этом внутренний элемент 10 имеетрадиальные зубчатые полюсы о обмотками 4, направленные наружу, тогда как наружный элемент проедставляет собой кольцо с зубцами с внутренней стороны, В этом случае внутренний элемент 10 может быть неподвижным и образовывать статор,а внешнее коль цо может являться ротором, но возможно и обратное расположение.На фиг. 14 представлен двигатель, в котором имеются два элемента 12 и 13, представляющие собой цилиндричес кие тела, установленные на одной оси. На.обращенных друг к другу поверхностях этих двух элементов имеется соответственно ряд осевых полюсов 14 с зубцами и обмотками и кольцо из зубцов 15, выполненных на одном элементе напротив зубцов 1 б полюсов другого элемента, В этом случае также тот и другой элементы могут явля" ться либо статором, либо ротором,На фиг. 15 представлен еще один вариант, в котором статорный элемент состоит из двух цилиндрических частей 17 и 18, установленных соосно, друг другу и роторному элементу 19, Две части 17 и 18 выполнены так же, 28 как элемент 12 (см. Фиг. 14), при этом для упрощения полюсы не показаны, В этом случае роторный элемент 19 связан с валом 20, который проходит сквозь часть 18 статора и имеет 30 периферические зубцы 21 напротив той и другой частей статора. При этом соотношение согласно изобретению справедливо для каждого узла, включающего часть статора и группу зубцов ротора, расположенных на той его стороне, которая обращена к данной части статора.Следовательно, предложенный двигатель можно запитывать непосРедственно 40 от многофазного источника и такой двигатель может принимать самые различные форьы. В частности, исходя из определенной конструкции статора, можно сообщать двигателю различные скорости вращения, либо ис пользуя роторы с различным числом зуб. цов, либо подключая обмотки статора к различным многофазным источникам. Выходные скорости двигателей сравнительно малы, что может оказаться весьма удобным в некоторых случаях для замены двигателей"редукторов общего применения или для моторизации некоторых приводов.Формула изобретенияДвигатель с переменным магнитным сопротивлением, содержащий статор, снабженный обмотками, установленными на зубчатых полюсах по одной обмотке на полюс, каждая из которых сдвинута по фазе на 120 эл .град. относительно обмоток, непосредственно к ней примыкающих с обеих сторон, и безобмоточный зубчатый ротор из магнитного материала, причем число зубцов статора не равно числу зубцов ротора, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью упрощения и расширения области применения, указанные обмотки содержат выводы для подсоединения к источнику многофазного тока и имеют одинаковое направление намотки на полюсах, а число зубцов статора и ротора удовлетворяет сле-. дующему соотношению:1 Е -Е =в котором Е - число зубцов статоравключая фиктивные зубцы, которые могут бытьмысленно размещенымежду упомянутьпки полюсами;Ез - число зубцов ротора;я - число полюсов на однуфазу источника питания;К - число, не превышающееодной трети от числафаз.Источники информации, принятые во внимание при экспертизе Патент ФРГ 9 2254001,кл. Н 02 К 19/Об, 1976,2. Микроэлектродвигатели для систем автоматики. Под ред. Э.А. Лодочникова и Ф.М,Юферова. М., Энергия, с. 174-192.б 70251 иг Составитель АЛецарисед Н БабУрка Корректор Е дицинск актор Т.З бельная Те Зака писное лнал ППП 1 Патент, г.Ужгород, Ул,Проектная,4 352 б/51 ПНИИПИ Государственног по делам иэобретений113035, Москва, Ж, Р 56 П ета СССР рытийнаб(д.