однофазный асинхронный электродвигатель

Формула изобретения

Однофазный асинхронный электродвигатель, содержащий статор с обмоткой и дополнительным магнитопроводом, короткозамкнутый ротор, отличающийся тем, что ротор выполнен в виде многозаходных винтовых композитных слоев с чередованием по длине ротора магнитомягкого, в частности, железокремнистого материала и магнитотвердого материалов (МТМ) в следующей периодической последовательности материала слоев и ингредиентов кремния в слоях из железокремнистого материала: Fe, МТМ, Fe (1,5 0,05% Si); МТМ; Fe Si (3,0 0,05% Si);МТМ; Fe Si (4,5 0,1% Si); МТМ; FeSi (6,0 0,15% Si).

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к электромашиностроению и может быть использовано в однофазных асинхронных электродвигателях переменного тока малой и средней мощности с распределенной обмоткой статора.

Известен однофазный асинхронный электродвигатель (авт.свид. N 418938, М. кл. H 02 K 17/04, 1971 г.), содержащий статор с обмоткой, короткозамкнутый ротор, пакет ротора которого разделен по длине на две части, одна из которых выполнена полой и внутри нее установлен дополнительный несимметричный безобмоточный ферромагнитный статор.

Однако этот электродвигатель имеет большие габариты и массу. Кроме того, дополнительный несимметричный безобмоточный ферромагнитный статор, установленный внутри полого ротора, ухудшает энергетические характеристики из-за повышенного потребления электрической энергии.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является однофазный асинхронный электродвигатель (авт.свид. N 619997, М.кл. H 02 K 17/04, 1978 г.), содержащий статор с обмоткой, короткозамкнутый ротор и дополнительный магнитопровод, который установлен снаружи выступающей части ротора, а число сегментов равно числу полюсов обмотки статора.

Однако такая конструкция электродвигателя, обладая неиспользованными резервами, в процессе работы функционирует неэффективно из-за того, что рабочая длина ротора больше рабочей длины статора, приводящая к избыточной массе электродвигателя и к повышенной величине магнитного потока рассеяния. Кроме того, необходимо отметить, что пусковое устройство, обладая увеличенными размерами диаметра и длины магнитопровода, имеет большие потери активной мощности и дополнительное потребление электрической энергии. Все это приводит к снижению энергетических показателей асинхронного электродвигателя.

Техническим результатом изобретения является повышение энергетических показателей электродвигателя.

Технический результат достигается за счет того, что в однофазном асинхронном электродвигателе, содержащем статор с обмоткой, дополнительный магнитопровод и короткозамкнутный ротор, последний выполнен в виде многозаходных винтовых композитных слоев с чередованием магнитомягкого материала, содержащего, например, железокремнистый материал, и магнитотвердого материала, содержащего, например, редкоземельный металл самарий с кобальтом, с чередованием слоев по длине ротора в следующей периодической последовательности материала слоев и ингредиентов кремния:

Fe; SmCO₅; FeSi(1,50,05%Si); SmCO₅; FeSi(3,00,05% Si); SmCO₅; FeSi(4,50,1%); SmSO₅; FeSi(6,00,15% Si).

На фиг. 1 представлена конструкция предлагаемого электродвигателя; на фиг. 2 - конструкция короткозамкнутого ротора.

Однофазный асинхронный электродвигатель содержит явнополюсный статор 1 с обмоткой возбуждения 2, короткозамкнутый ротор 3, дополнительный магнитопровод 4, который находится внутри ступицы 5, выполненный путем заливки из немагнитного материала, а также вал 6, подшипники 7 и подшипниковые щиты 8. Ротор состоит из многозаходных (в частности, девятизаходных) винтовых композитных слоев. Слои 9, 10, 11, 13, 13, 14, 15, 16 и 17 расположены с чередованием магнитомягкого материала с магнитотвердым материалом. Слой 9 выполнен из железного порошка, а слои 11, 13, 15 и 17 выполнены из порошка кремнистого железа, причем с различным дискретным содержанием кремния. Слой 11 содержит 1,5 0,05% Si, слой 13 содержит 3,0 0,05% Si; слой 15 содержит 4,5 0,1% Si; а слой 17 - 6,0 0,15% Si. Слои, содержащие различный состав кремния в стали, обладают различными магнитными свойствами и, следовательно, позволяют иметь различную магнитную проницаемость, причем изменение магнитных свойств происходит от слоя к слою в магнитной цепи ротора (фиг. 2). Все остальные слои ротора 10, 12, 14 и 16 выполнены из одинакового магнитотвердого материала, в частности SmCO₅. При достаточно большом диаметре ротора группа слоев может быть повторена (в частности от 9 до 17 и снова от 9 до 17 слоя). Слои ротора 9 и 17 имеют ширину, в два раза меньшую, чем остальные слои, и вместе с тем они вместе равны ширине каждой из всех остальных слоев, взятых в отдельности, т.е. слои 9 и 17 являются совмещенными. По составу они относятся к магнитомягким материалам, только слой 9 состоит из чистого железа, а слой 17 кроме железа содержит 6,0 0,15 Si. Эта конструкция электродвигателя относится к асинхронными электродвигателям с магнитной и электрической несимметрией. Таким образом ротор состоит из 5 заходных слоев магнитомягкого материала и 4 заходных слоев магнитотвердого материала с соответствующим углом между ними по окружности, равным 90^o.

При подключении обмотки статора 1 к сети переменного напряжения по ней проходит ток, создающий, например, в слоях 9 и 11 (фиг. 2) магнитопровода короткозамкнутого ротора 3 магнитные потоки Ф₁ и Ф₂. Вследствие того, что активные потери в этих слоях магнитопровода различны, то различными являются и фазы магнитных потоков Ф₁ и Ф₂ во времени. Кроме того, пути движения магнитных потоков различны. Магнитный поток Ф₁ выходит из статора 1 и проходит напрямую к ротору 3, а магнитный поток Ф₂ - от статора 1 ответвляется на дополнительный магнитопровод 4 и замыкается на роторе 3, т.е. магнитные потоки смещены в пространстве. Аналогичное смещение магнитных потоков происходит и в других смежных слоях 11 и 13, 13 и 15, 15 и 17.

Таким образом, взаимодействие потоков Ф₁ и Ф₂ с токами ротора от ЭДС, наведенных этими потоками, эквивалентно взаимодействию эллиптического магнитного поля с токами ротора от ЭДС, наведенных этим же магнитным полем, т. е. приводит к возникновению вращающего момента. До частоты вращения, близкой к синхронной, ротор 3 разгоняется как асинхронный, а затем самостоятельно втягивается в синхронизм и ротор продолжает вращаться с синхронной частотой вращения. В таком электродвигателе с полюсами из магнитотвердого материала при исчезновении тока создается реактивный момент. Появление реактивного момента обусловлено отличием проводимостей рабочего воздушного зазора вдоль и поперек оси полюсов. По этой причине ротор двигателя, обладая магнитной анизотропией, стремится занять положение, при котором энергия магнитного поля в рабочем воздушном зазоре имеет минимальное значение. Поэтому однофазный асинхронный электродвигатель работает в синхронно-асинхронном режиме.

Использование заявляемого решения позволит уменьшить затраты меди на 33%, увеличить мощность электродвигателя на 70%, повысить cos на 13%, увеличить КПД однофазного электродвигателя на 9-15%, снизить ток холостого хода на 20%, что в целом позволит улучшить его энергетические показатели.