RU2079950C1

RU2079950C1 - Single-phase inductor motor

Info

Publication number: RU2079950C1
Application number: RU93042359A
Authority: RU
Inventors: С.А. Пахомин; Д.А. Звездунов; Л.Ф. Коломейцев; В.Л. Коломейцев; У.М. Сулейманов; Д.В. Крайнов; И.А. Прокопьев
Original assignee: Научно-производственное предприятие "Эметрон"
Priority date: 1993-08-24
Filing date: 1993-08-24
Publication date: 1997-05-20

Abstract

FIELD: electric motors for domestic appliances, such as washing machines, refrigerator compressors. SUBSTANCE: motor has unwound rotor 10 and stator 1 with main poles 2,3 and commutating poles 4,5, windings 6-9, control unit with rotor position detector and DC power supply connected through selector switches to main winding. Commutating-winding coils 8,9 are series- connected to additional switch; gate electrodes of selector switches are coupled with control unit affording short-time connection of commutating winding for starting period to set rotor in starting position due to developed locked-rotor torque and further connection of main winding depending on signals coming from rotor position detector. EFFECT: increased locked-rotor torque and improved reliability of motor starting. 7 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к электротехнике, а точнее к электрическим машинам для бытовой техники, например, для стиральных машин и компрессоров холодильников. The invention relates to electrical engineering, and more specifically to electric machines for household appliances, for example, for washing machines and compressor refrigerators.

Известен электродвигатель, содержащий набранный из пластин сердечник статора с обмотками, образующими одинаковые соседние полюса. Ротор, сердечник которого также набран из пластин, вращается внутри статора. Полюса, разделенные на группы, образуют замкнутые магнитопроводы. Магнитопроводы отдельных полюсов ограничены контурами соседних групп (Патент EP N0343845, кл.H 02K 19/06 от 27.05.88). A known electric motor containing a stator core assembled from plates with windings forming the same adjacent poles. The rotor, the core of which is also composed of plates, rotates inside the stator. Poles divided into groups form closed magnetic circuits. The magnetic cores of individual poles are limited by the contours of neighboring groups (Patent EP N0343845, class H 02K 19/06 of 05/27/88).

Недостатком данного двигателя является отсутствие гарантированного пускового момента. The disadvantage of this engine is the lack of a guaranteed starting torque.

Известен однофазный электродвигатель индукторного типа, содержащий безобмоточный ротор и статор, который выполнен с дополнительными и основными полюсами, охваченными обмотками. Электродвигатель снабжен блоком управления и источником питания постоянного тока, с которым через переключатель, открываемый по командам блока управления, связана основная обмотка, а в качестве датчика положения ротора используются дополнительные полюса, на одном из которых расположена первичная обмотка, питаемая от сети, на другом - вторичная обмотка, передающая сигналы на блок управления в момент замыкания магнитного контура дополнительных полюсов при повороте ротора (Патент ФРГ N4012561, кл.H02P 7/622, H02K 19/04 от 20.04.90). Known single-phase inductor-type electric motor containing a non-winding rotor and a stator, which is made with additional and main poles covered by windings. The electric motor is equipped with a control unit and a DC power source, with which the main winding is connected through a switch that is opened by the commands of the control unit, and additional poles are used as a rotor position sensor, on one of which is the primary winding, powered from the network, on the other - secondary winding that transmits signals to the control unit at the time of closure of the magnetic circuit of the additional poles when the rotor is rotated (German Patent N4012561, class H02P 7/622, H02K 19/04 from 04/20/90).

Недостатком данного технического решения является невысокое значение фиксирующего момента дополнительного полюса при включении первичной обмотки, выставляющего ротор в стартовое положение при пуске, а также снижение коэффициента полезного действия из-за потерь в обмотках дополнительных полюсов. The disadvantage of this technical solution is the low value of the fixing moment of the additional pole when the primary winding is turned on, exposing the rotor to the starting position at start-up, as well as a decrease in the efficiency due to losses in the windings of the additional poles.

Предполагаемое изобретение направлено на увеличение фиксирующего момента и повышение надежности пуска однофазного электродвигателя индукторного типа. The alleged invention is aimed at increasing the fixing moment and improving the reliability of starting a single-phase induction motor.

Решение указанной задачи обеспечивается предлагаемой конструкцией однофазного электродвигателя индукторного типа, содержащего безобмоточный ротор и статор, выполненный с основными и дополнительными полюсами и обмотками, блоком управления с датчиком положения ротора и источником питания постоянного тока, с которым через переключатель связана основная обмотка, причем дополнительная обмотка последовательно соединена с дополнительным переключателем, при этом управляющие электроды переключателей связаны с блоком управления, обеспечивающим возможность кратковременного включения в начале пуска обмотки дополнительного полюса, устанавливающего ротор в пусковое положение за счет развиваемого фиксирующего момента, а затем обмотки управления в зависимости от сигналов датчика положения ротора. The solution to this problem is provided by the proposed design of a single-phase inductor type motor containing a windingless rotor and a stator, made with main and additional poles and windings, a control unit with a rotor position sensor and a DC power source, to which the main winding is connected through a switch, the additional winding in series connected to an additional switch, while the control electrodes of the switches are connected to the control unit, providing vayuschim a short term enable early start winding additional pole rotor setting to the start position due to the torque developed by the fixing, and then the control windings depending on the rotor position sensor signals.

В дальнейшем изобретение поясняется конкретным исполнением со ссылкой на чертежи, на которых показано:
фиг. 1 поперечное сечение однофазного электродвигателя индукторного типа;
фиг. 2 схема электронного коммутатора.The invention is further explained in a specific embodiment with reference to the drawings, which show:
FIG. 1 cross section of a single-phase inductor type electric motor;
FIG. 2 circuit electronic switch.

Однофазный электродвигатель индукторного типа, показанный на фиг. 1, состоит из магнитопровода статора 1 с основными 2, 3 и дополнительными 4, 5 полюсами с размещенными на них катушками 6, 7 и 8, 9, ротора 10 с зубцами 11. На полюсах 2, 3 статора 1 имеются зубцы 12, 13 и пазы 14, на центральных зубцах полюсов 2, 3 расположены катушки 15, 16. The inductor-type single-phase motor shown in FIG. 1, consists of a magnetic circuit of stator 1 with the main 2, 3 and additional 4, 5 poles with coils 6, 7 and 8, 9 placed on them, rotor 10 with teeth 11. At the poles 2, 3 of stator 1 there are teeth 12, 13 and grooves 14, on the central teeth of the poles 2, 3 are coils 15, 16.

Электронный коммутатор, показанный на фиг. 2, состоит из блока управление (БУ), работающего по командам датчика положения ротора (ДПР), основной обмотки управления (ОУ), состоящей из катушек 6 и 7 (см. фиг. 1), дополнительной обмотки (ДО), состоящей из катушек 8 и 9 (см. фиг. 1), которые подключены к сети последовательно с ключом VS1, источника питания (ИП) и фильтровой емкости C, инвертора, состоящего из ключей VT1 VT2 и диодов VD1 и VD2. The electronic switch shown in FIG. 2, consists of a control unit (CU), operating on the instructions of the rotor position sensor (DPR), the main control winding (OU), consisting of coils 6 and 7 (see Fig. 1), an additional winding (DO), consisting of coils 8 and 9 (see Fig. 1), which are connected to the network in series with the key VS1, power supply (IP) and filter capacity C, an inverter consisting of keys VT1 VT2 and diodes VD1 and VD2.

При пуске обмотка управления 6 и 7 обесточена. Ротор устанавливается в стартовое положение синхронизирующим моментом от дополнительных полюсов 4 и 5, по обмоткам которых 8 и 9 протекает ток при включении ключа VS1. В результате ось зубцов 11 ротора 10 совпадает с осью возбужденных дополнительных полюсов 4 и 5. При подаче БУ команды на открытие ключей VT1 и VT2 в обмотке управления начинает протекать ток. При этом подается команда на закрытие ключа VS1 и ДО обесточивается. Ток в ОУ создает магнитное поле, которое за счет сил магнитного тяжения обеспечивает вращающий момент, действующий на зубцы 11 ротора 10. Для обеспечения однонаправленного пуска и вращения ротора дополнительные полюса 4, 5 смещены с оси симметрии статора 1 по направлению вращения так, что ось дополнительного полюса 4 по воздушному зазору смещена относительно оси ближайшего зубца 12 основного полюса 2 статора на угол α = (1,25...1,44) tz, где tz зубцовое деление основных полюсов 2, 3. Аналогично смещен другой дополнительный полюс 5. В этом случае при включении катушек 8, 9 вращающий момент направлен от дополнительного полюса 4 к ближайшему зубцу 12 основного полюса 2. Под действием вращающего момента ротор 10 начинает вращаться. При достижении ротором положения, в котором ось зубца ротора совпадает с осью зубца основного полюса, по сигналу датчика положения ротора ключи VT1 и VT2 закрываются и ток уменьшается до нуля, возвращая запасную реактивную энергию в фильтровую емкость C через диоды VD1 и VD2. В противном случае на ротор начинает действовать вращающий момент обратного знака. За счет накопленной кинетической энергии ротор при обесточенной ОУ достигнет положения, в котором ось зубца 11 ротора 10 совпадает с осью паза 14 основного полюса. В этом положении в ОУ подается ток и при дальнейшем вращении на ротор 10 вновь станет действовать положительный вращающий момент, увеличивающий его частоту вращения. При достижении ротором углового положения, в котором ось зубца 11 ротора совпадает с осью зубца 13 основного полюса, ключи VT1 и VT2 вновь закрываются и ток снижается до нуля. Своевременная подача импульсов тока в ОУ 6, 7 обеспечивается БУ по сигналам от датчика положения ротора относительно статора. Последовательная подача импульсов тока в ОУ увеличивает частоту вращения до необходимого значения. Напряжение на обмотку управления подается от источника питания ИП, например, от мостового выпрямителя, к которому параллельно подключена фильтровая емкость C. At start-up, control winding 6 and 7 are de-energized. The rotor is installed in the starting position by the synchronizing moment from the additional poles 4 and 5, through the windings of which 8 and 9 current flows when the VS1 key is turned on. As a result, the axis of the teeth 11 of the rotor 10 coincides with the axis of the excited additional poles 4 and 5. When the control unit sends a command to open the keys VT1 and VT2, a current begins to flow in the control winding. At the same time, a command is issued to close the VS1 key and the power supply is de-energized. The current in the op-amp creates a magnetic field, which, due to magnetic forces, provides a torque acting on the teeth 11 of the rotor 10. To ensure unidirectional starting and rotation of the rotor, the additional poles 4, 5 are offset from the axis of symmetry of the stator 1 in the direction of rotation so that the axis of the additional pole 4 in the air gap is shifted relative to the axis of the nearest tooth 12 of the stator main pole 2 by an angle α = (1.25 ... 1.44) tz, where tz is the tooth division of the main poles 2, 3. Another additional pole 5. B is similarly shifted in this case, when ii coils 8, 9 directed torque on additional four pole tooth 12 closest to the main pole 2. Under the action of torque the rotor 10 begins to rotate. When the rotor reaches the position in which the axis of the rotor tooth coincides with the axis of the tooth of the main pole, the VT1 and VT2 keys are closed by the signal of the rotor position sensor and the current decreases to zero, returning the reserve reactive energy to the filter capacitance C through diodes VD1 and VD2. Otherwise, a rotational moment of the opposite sign begins to act on the rotor. Due to the accumulated kinetic energy, the rotor, when de-energized, reaches the position where the axis of the tooth 11 of the rotor 10 coincides with the axis of the groove 14 of the main pole. In this position, current is supplied to the op-amp, and with further rotation, a positive torque will again act on the rotor 10, increasing its frequency of rotation. When the rotor reaches an angular position in which the axis of the tooth 11 of the rotor coincides with the axis of the tooth 13 of the main pole, the keys VT1 and VT2 are again closed and the current decreases to zero. Timely supply of current pulses to the OS 6, 7 is provided by the control unit according to the signals from the rotor position sensor relative to the stator. The sequential supply of current pulses to the op-amp increases the speed to the desired value. The voltage to the control winding is supplied from an IP power source, for example, from a bridge rectifier, to which filter capacitance C is connected in parallel.

Для обеспечения высокого использования зубцового слоя электродвигателя при одновременном обеспечении необходимого смещения дополнительных полюсов с оси симметрии статора число зубцов ротора выполняется равным p(n+2), а число зубцов статора, выполненных на одном основном полюсе, равно n 1,2,3, где число основных полюсов статора p 2,4,
Для обеспечения высокой жесткости характеристики фиксирующего момента при взаимном положении ротора и статора, в котором оси зубцов ротора совпадают с осью дополнительного полюса, ширина дополнительного полюса по зазору равна 0,9.1,1 ширины зубцов ротора.To ensure high utilization of the tooth layer of the electric motor while providing the necessary displacement of the additional poles from the axis of symmetry of the stator, the number of teeth of the rotor is equal to p (n + 2), and the number of stator teeth made on one main pole is n 1,2,3, where the number of main poles of the stator p 2.4,
To ensure high rigidity, the characteristics of the fixing moment at the relative positions of the rotor and the stator, in which the axes of the teeth of the rotor coincide with the axis of the additional pole, the width of the additional pole in the gap is 0.9.1.1 width of the teeth of the rotor.

Для увеличения жесткости указанной выше характеристики дополнительные полюса размещаются несимметрично по отношению к зубцам основных полюсов так, что расстояние между осями дополнительных полюсов некратно зубцовому делению основных полюсов. To increase the rigidity of the above characteristics, the additional poles are placed asymmetrically with respect to the teeth of the main poles so that the distance between the axes of the additional poles is not a multiple of the tooth division of the main poles.

С целью обеспечения реверсивности предлагаемого электродвигателя дополнительные полюса 4, 5 выполняются смещенными относительно одного из основных полюсов, например, полюса 2, на угол α= (1,25...1,44) tz а расположенные на каждом из дополнительных полюсов катушки 8 и 9 соединены каждая последовательно с отдельным переключателем и параллельно между собой, при этом управляющие электроды дополнительных переключателей подведены к БУ с возможностью обеспечения отдельного включения катушек 8 и 9. Выбор направления вращения осуществляется кратковременным включением при пуске соответствующей катушки ДО. Так, при включении катушки 8 ротор начинает вращаться по направлению от дополнительного полюса 4 к зубцу 12 основного полюса 2 статора. При включении катушки 9 ротор начнет вращаться в противоположном направлении. In order to ensure the reversibility of the proposed electric motor, additional poles 4, 5 are offset from one of the main poles, for example, pole 2, by an angle α = (1.25 ... 1.44) tz and coils 8 and located on each of the additional poles 9 are each connected in series with a separate switch and in parallel with each other, while the control electrodes of the additional switches are connected to the control unit with the possibility of separately turning on the coils 8 and 9. The direction of rotation is selected for a short time nnym inclusion when starting to respective coil. So, when you turn on the coil 8, the rotor begins to rotate in the direction from the additional pole 4 to the tooth 12 of the main pole 2 of the stator. When you turn on the coil 9, the rotor will begin to rotate in the opposite direction.

Для повышения надежности электродвигателя в случае закрытого исполнения, например при установке в герметичном компрессоре бытового холодильника, в качестве датчика положения ротора используется обмотка, состоящая из последовательно соединенных и включенных между собой встречно катушек 15 и 16, охватывающих одинаковые зубцы на основных полюсах. Предложенный способ включения катушек 15 и 16 исключает наведение в контуре образованной ими обмотки электродвижущей силы взаимоиндукции от поля основной обмотки. По характеру изменения индуктивности этой обмотки, обусловленной магнитным полем воздушного зазора, блок управления однозначно определяет текущее положение ротора относительно статора. Для обеспечения путей для замыкания магнитного потока указанной обмотки через воздушный зазор по крайней мере один из зубцов каждого основного полюса не охвачен катушками 15 или 16. To increase the reliability of the electric motor in the case of a closed design, for example, when installing a domestic refrigerator in a sealed compressor, a winding consisting of coils 15 and 16 connected in series and connected to each other, covering the same teeth at the main poles, is used as a rotor position sensor. The proposed method for turning on the coils 15 and 16 eliminates the guidance in the loop formed by them of the winding of the electromotive force of mutual induction from the field of the main winding. By the nature of the change in the inductance of this winding, due to the magnetic field of the air gap, the control unit uniquely determines the current position of the rotor relative to the stator. To provide ways for closing the magnetic flux of the specified winding through the air gap, at least one of the teeth of each main pole is not covered by coils 15 or 16.

Положительный эффект предполагаемого изобретения достигается благодаря выполнению на статоре между основными полюсами дополнительных полюсов с обмотками, которые позволяют обеспечить высокое значение фиксирующего момента при пуске. Кроме того, за счет выполнения соответствующей несимметрии в расположении дополнительных полюсов и алгоритма работы блока управления обеспечивается возможность реверсивного вращения однофазного электродвигателя индукторного типа. The positive effect of the proposed invention is achieved by performing on the stator between the main poles of the additional poles with windings, which allow to ensure a high value of the fixing moment at start-up. In addition, due to the corresponding asymmetry in the arrangement of additional poles and the operation algorithm of the control unit, it is possible to reverse the rotation of a single-phase induction motor.

Claims

1. A single-phase induction motor containing a windingless rotor and a stator, made with main and additional poles and windings, a control unit with a rotor position sensor and a DC power source, to which the main winding is connected through a switch, characterized in that the additional winding consists of two coils, connected in accordance and connected in series with an additional switch, while the control electrodes of the switches are connected to the control unit, providing m momentary opportunity to activate the secondary winding starting time, and then the main windings depending on the rotor position sensor signals.

2. The electric motor according to claim 1, characterized in that the number of teeth of the rotor is p (n + 2), the number of stator teeth made at one main pole is n 1, 2, 3, and the number of main poles is p 2, 4
3. The electric motor according to claim 1 or 2, characterized in that the axis of the additional pole is offset relative to the axis of the closest tooth of the stator of the main pole by 1.25 1.44 teeth division of the main poles.

4. The electric motor according to claim 1, or 2, or 3, characterized in that the distance between the axes of the additional poles is not a multiple of the tooth division of the main poles.

5. The electric motor according to claim 4, characterized in that the additional poles are offset in opposite directions relative to one of the main poles, and additional windings located on each of the poles are connected each in series with a separate switch and in parallel with each other, while the control electrodes of the additional switches are connected to the control unit with the ability to provide a separate inclusion of the coils.

6. The electric motor according to any one of claims 1 to 5, characterized in that the width of the additional poles in the air gap is 0.9 1.1 corresponding to the width of the teeth of the rotor.

7. An electric motor according to any one of claims 1 to 6, characterized in that the same teeth in an amount of not more than (n 1), where n ≥ 2, are covered by serially connected coils, connected to each other on each pair of main poles and connected to the control unit as a rotor position sensor.