Вентильный электродвигатель

Полезная Модель относится К области электрических машин с постоянными магнитами и датчиком положения ротора. Она может быть использована в мотор-колесе транспортных средств малой грузоподъемности (инвалидные коляски, электровелосипеды, электрокарь 1 и др.), а также в иных механизмах, где не допускаются большие зубцовые пульсации вращающего момента.Известен электродвигатель с постоянными магнитами, имеющий малые зубцовые пульсации момента. Он содержит зубчатый статор с обмоткой и явнополюсный ротор, состоящий из двух частей, одна из которых с полюсами одной полярности жестко установлена на валу, а другая часть выполнена в виде стакана. На полом валу на наружной поверхности стакана установлены полюса другой полярности, а между полюсами вь 1 полнены продольные пазы, в которых размещены полюса первой части 1.Электродвигатель отличается сложностью конструкции, что существенно уменьшает его надежность и долговечность, и большой трудоемкостью изготовления.Известен вентильный электродвигатель, содержащий синхронную машину, инвертор и датчик положения ротора. Синхронная машина состоит из зубчатого статора с трехфазной обмоткой и ротора с постоянными магнитами. Обмотка статора подключена к источнику постоянного тока через инвертор, управляемый датчиком положения ротора 2.Недостатком известного вентильного электродвигателя является наличие зубцовых пульсаций момента, из-за чего ротор стремится занять определенное положение при обесточенной обмотке статора. В связи с этим ухудшаются его эксплуатационные свойства,так как возникают трудности переместить вручную, например, инвалидную коляску или поставить ее в заданном месте. Наличие зубцовых пульсаций момента затрудняет пуск и увеличивает неравномерность вращения ротора.Задачей настоящей полезной модели является улучшение эксплуатационных свойств вентильного электродвигателя.Технический результат выражается в значительном уменьшении зубцовых пульсаций момента. Поставленная задача решается тем, что в вентильном электродвигателе, содержащем трехфазную синхронную машину с зубчатым статором и инвертор, управляемый датчиком положения ротора, статор выполнен с числом пазов на пару полюсов, равным девяти, а ротор - с длиной полюсной дуги, равной 2/3 полюсного деления (полюсное деление - это часть длины окружности ротора, приходящаяся на один полюс полюсная дуга это часть полюсного деления, занимаемая источником магнитного поля в воздушном зазоре, например, радиально намагниченными магнитами). При таких конструктивных особенностях статора и ротора практически отсутствуют зубцовые пульсации момента,вызванные гармониками магнитодвижущей силы (МДС) ротора по девятую включительно.Сущность полезной модели заключается в следующем. При зубчатом статоре магнитная проводимость воздушного зазора изменяется от максимальной по оси зубца до минимальной по оси паза. Если принять начало координат на оси паза, то кривую магнитной индукции в воздушном зазоре можно представить в виде 3./1 где но - магнитная постоянная, ос - угловая координата в геометрических градусах (радианах), у 1, 2, 3,. . ., со - порядок гармоник зубцовой магнитной проводимости,2 - число пазов, ао, а 1,. . ., а - коэффициенты, зависящие от геометрии зубцовой зоны,Нов) - магнитодвижущая сила в точке с координатой ос.Длина полюсной дуги составляет некоторую часть полюсного деления, то есть 77 электрических радиан, а МДС в пределах полюсной дуги постоянна и равна некоторомузначению Е. Если принять начало координат на оси полюса, то МДС для полюсного деления можно записать таким образомНоса )Оприуоса , где осэ рос - угловая координата в электрических градусах (радианах), р - число пар полюсов синхронной машины.Кривая МДС через каждые полпериода (полюсное деление) повторяется с обратным знаком, поэтому согласно теории рядов Фурье в принятой системе координат ее можно представить в видеЕсо 510 са 2131 созтоса. (3) 11,3,5 К со Амплитуда МДС для любой ее гармоники порядка 1 ТЕ ТЕ 4 5 . 4 75 . 4 Р . . т Е -Е (оса )со 510 са 10 са -Есо 51 оса 1 оса 51 п 1 у (4) т О т О 17 2 Так как осэ рос, то Е (ос) 2131005 трос. (5) 11,3,5 К соЕсли совместить оси паза и полюса с началом координат, то на основании (1) и (5) индукция в воздушном зазоре будет описываться уравнением/1 113,5 К со Если статор или ротор повернуть на некоторый угол осд относительно начала коорди нат, то в уравнениях ( 1) или (5) вместо ос следует подставлять ос-осо. Соответственно изменится в этом случае и (6). Момент, создаваемый ротором, 4где Е, К - длина и радиус ротора, соответственно,А(0 с) - линейная нагрузка. Линейная нагрузка А(0 с) связана с МДС следующим образом 5(П А (ос) а ( 3. Каос Подставляя сюда Р(ос) из (5), получим А (ос) ХА, 51111 рос, (8) 11,3,5,К со трЕ . где Ад - амплитуда 1-ои гармоники линеинои нагрузки. КНа основании (68) момент, создаваемый возбужденной синхронной машиной с зуб чать 1 м статором, ОСЬ паза КОТОРОГО сдвинута ОТНОСИТВЛЬНО начала координат на УГОЛ 060,ПрИ ОТСУТСТВИИ тока В СГО ОбМОТКС1 11,3,5 К со 11,3,5 К со Момент от постоянной составляющей магнитной проводимости в (9)11,3,5 К ос 11,3,5 К до 0 11,3,5 К со Так как 1 И р - Целые числа, тоСледовательно, момент от постоянной составляющей магнитной проводимости Мо О. Остальные составляющие момента в (9) являются результатом взаимодействия зубцовых гармоник индукциис гармониками порядка 1 1, 3, 5,. . ., линейной нагрузки (8). После тригонометрических преобразований ( 10) можно представить в видеИз (1 ОА) видно, что зубцовь 1 е гармоники индукции имеют число пар полюсов2 . где р. у 1 - порядок зубцовых гармоник индукции. (12)Р Как известно, вращающий момент создают гармоники индукции и гармоники линейной нагрузки с одинаковым числом пар полюсов, то есть если ц 1. Из (12) следует, что порядок зубцовых гармоник индукции зависит от числа пазов на пару полюсов 2/р, которые согласно 62 шч, (13) Р где ш и Ч - число фаз и число пазов на полюс и фазу, соответственно. Следовательно,ц 2 шчу 1 1 (14) В общем случае Ь 5 1 Ч а, ( 5)где Ь, с - целые числа, в том числе одно из них О,Отсюда следует, что обмотка выполнима при любом числе пар полюсов р, если (1 1В таблице 1 представлены зубцовые гармоники индукции для трехфазной обмотки,рассчитанные по (14) при различных значениях 1 и (1 для наиболее выраженных зубцовых гармоник проводимости у 1, 2, 3 (соответственно первая, вторая и третья строчка в таблице 1).В этой таблице подчеркнуты зубцовые гармоники индукции, у которых ц 1. Именно эти гармоники будут создавать вращающий момент в зависимости от угла поворота ротора. Как видно из таблицы 1, при (1 0,5 и (1 1 все рассмотренные гармоники МДС порядка 1 вызывают зубцовые гармоники индукции, которые создают вращающий момент в1 зависимости ОТ ПОЛОЖСНИЯ ротора ОТНОСИТВЛЬНО статора. ПрИ С 117 ТОЛЬКО гармоника2 1 9 участвует в создании такого момента. Но при принятой длине полюсной дуги, равной2/3 полюсного деления (у , как видно из (4), амплитуда МДС девятой гармоники413 2 139 51 п 9--ЕО. 97 3 2 1 Согласно (13) для трехфазной обмотки (1 1 соответствует число пазов на пару по 2 люсов 2 2 шч 2-3-9. р 2Таким образом, в трехфазной синхронной мащине с числом пазов на пару полюсов,равным 9, и с длиной полюсной дуги, равной 2/3 полюсного деления, все гармоники МДС по девятую включительно не являются причиной возникновения момента в зависимости от положения ротора. Гармоники МДС с 1 9 можно не учитывать, т.к. согласно (4) их амплитуда уменьшается с увеличением 1. Как видно из (9), соответственно уменьщается и момент от этих гармоник, поэтому ими можно пренебречь.1 Из таблицы 1 следует, что такои же результат можно достигнуть при (1 2. Но в2 этом случае согласно ( 13) увеличивается число пазов