БЕСКОНТАКТНЫЙ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЬ ПОСТОЯННОГО ТОКА Российский патент 1995 года по МПК H02K29/06 H02P6/04 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в приборных электроприводах, например, в гироскопических электромеханических устройствах, в электроприводах винчестерских дисков ЭВМ, а также в электроприводах бытовых устройств.

Известен бесконтактный электродвигатель постоянного тока, содержащий ротор, статор с фазными обмотками, соединенными с источником постоянного тока через низкочастотные фильтры, усилительные элементы и фазные коммутаторы, причем, каждая фазная обмотка зашунтирована цепочкой из двух последовательно соединенных конденсаторов, общая точка которых подключена к выходу усилительного элемента, кроме того каждая фазная обмотка, конденсаторы и усилительный элемент образуют высокочастотный автогенератор, подключенный к коммутатору соседней фазы, а соединение автогенераторов с коммутаторами выполнено по кольцевой схеме [1].

Недостатком данного электродвигателя является низкий КПД и невысокая надежность.

Наиболее близким по техническому решению является бесконтактный электродвигатель постоянного тока, содержащий статор с многофазной обмоткой, зашунтированной конденсаторами, ротор с постоянными магнитами и чередующимися секторами различной электропроводности, высокочастотные автогенераторы по числу фаз обмотки статора, демодуляторы, распределитель импульсов, коммутатор и конденсаторы по числу фаз обмотки статора [2].

Недостатком данного электродвигателя является невысокая надежность из-за наличия подмагничивания сердечника высокочастотного трансформатора, что приводит к ложному срабатыванию силовых ключей коммутатора.

Целью изобретения является повышение надежности работы электродвигателя за счет исключения ложного срабатывания силовых ключей коммутатора.

Поставленная цель достигается тем, что в бесконтактный электродвигатель постоянного тока, содержащий статор с многофазной обмоткой, каждая фаза которой составлена из двух соединенных последовательно групп одноименнополюсных секций, причем, одна из групп секций каждой фазы зашунтирована конденсатором, ротор с постоянными магнитами, количество полюсов которых равно числу секций фаз обмотки статора, и чередующимися секторами различной электропроводности, количество которых равно числу пар полюсов, высокочастотные полупроводниковые автогенераторы по числу фазообмотки статора с высокочастотными трансформаторами на входе, демодуляторы, включенные в выходные цепи соответствующих автогенераторов, распределитель импульсов, входы которого соединены с выходами демодуляторов, и коммутатор, управляющие входы которого соединены с выходами распределителя импульсов, введены конденсаторы по числу фаз обмотки статора, каждый из которых соединен последовательно с обмоткой высокочастотного трансформатора соответствующего автогенератора, и заграждающие фильтры по числу фаз обмотки статора, причем, конденсатор с последовательно соединенной обмоткой трансформатора подключены параллельно соответствующей фазе обмотки статора, выводы вторых групп секций каждой фазы подключены к выходам коммутатора через заграждающие фильтры.

В результате проведенного авторами поиска по патентной и научно-технической информации не было обнаружено технических решений, содержащих отличительные признаки предлагаемого устройства. Так как вновь введенные признаки не присущи известным устройствам и позволяют добиться положительного результата, а именно, повышения надежности работы электродвигателя, то предлагаемое устройство, по мнению авторов, обладает новизной и изобретательским уровнем.

На чертеже приведена структурная схема электродвигателя.

Электродвигатель содержит коммутатор 1, соединенный с источником питания постоянного тока, заграждающие фильтры 2 и 3, статор с двухфазной обмоткой (в общем случае - многофазной), фазы 4 и 5 которой составлены из двух соединенных последовательно групп одноименнополюсных секций, первые группы которых зашунтированы конденсаторами 6, 7, конденсаторы 8, 9, включенные последовательно с входными обмотками 10, 12 высокочастотных трансформаторов, выходные обмотки 11, 13 соответствующих высокочастотных трансформаторов, высокочастотные полупроводниковые автогенераторы 14, 15, демодулятры 16, 17, входы которых соединены с выходами автогенераторов, а выходы - с распределителем импульсов 18, выходы которого соединены с управляющими входами коммутатора 1.

Коммутатор 1 содержит силовые ключи по числу фаз обмоток статора.

Заграждающие фильтры 2 и 3 образованы параллельно соединенными катушками индуктивности 19 (21) и конденсаторами 20 (22).

Распределитель импульсов 18 представляет собой логическую схему дешифрирования сигналов, поступающих на его входы с демодуляторов 16 и 17.

Ротор электродвигателя выполнен с постоянными магнитами и симметрично расположенными на его поверхности, обращенной в рабочий зазор электродвигателя, чередующимися секторами различной электропроводности (например, чередуются медные и стальные секторы). Количество секторов одинаковой электропроводности равно числу пар полюсов электродвигателя, а ширина каждого сектора равна полюсному делению. Оси секторов сдвинуты относительно осей магнитов на электрический угол (45+Q)^o, где: Q - угол опережения включения (коммутации фаз). Для реверсивного двигателя с малым индуктивным сопротивлением Q=0.

Бесконтактный электродвигатель постоянного тока работает следующим образом.

После включения питания при произвольном положении ротора, которым определяются параметры каждого замкнутого высокочастотного электрического контура, образованного фазой 4 (5) обмотки статора, конденсатором 8 (9) и входной обмоткой 10 (12) высокочастотного трансформатора, возбуждаются один или оба высокочастотных автогенератора 14, 15. Например, исходное положение ротора таково, что замкнутые высокочастотные контуры всех фаз (в случае двухфазного электродвигателя - два контура) не настроены на резонансную частоту какого-либо автогенератора. Тогда на выходных обмотках 11 и 13 появляется переменное напряжение высокой частоты и возбуждаются оба автогенератора 14 и 15. В этом случае на входы распределителя импульсов 18 от демодуляторов 16 и 17 поступают сигналы в виде комбинации двух логических единиц. Этой комбинации сигналов на входе распределителя импульсов 18 однозначно соответствует такая комбинация сигналов на его выходе, которая открывает соответствующие силовые ключи коммутатора 1, так что к фазам обмотки статора прикладывается напряжение питания, которое обеспечивает поворот ротора в заданном направлении.

Под действием электромагнитного момента ротор поворачивается, в результате чего изменится положение его электропроводных секторов относительно секций обмотки статора. При этом замкнутый высокочастотный контур одной из фаз оказывается настроенным на резонансную частоту соответствующего автогенератора, в результате чего данный автогенератор прекращает генерировать высокочастотное напряжение.

После демодуляторов 16, 17 на входах распределителя импульсов 18 появится новая комбинация сигналов (логические 0 и 1), которой однозначно соответствует иная, чем прежде, комбинация управляющих сигналов на его выходах. Управляющие сигналы производят коммутацию силовых ключей коммутатора 1 так, что создается электромагнитный момент прежнего направления, и ротор электродвигателя поворачивается в ту же сторону. Далее весь процесс повторяется.

При указанном выполнении бесконтактного электродвигателя постоянного тока, силовой ток фазы минует входную обмотку 10 (12) высокочастотного трансформатора, т.е. не подмагничивает его сердечник и не вызывает ложных срабатываний силовых ключей коммутатора 1.

Кроме того, путем подбора емкости конденсаторов 8, 9 можно настроить высокочастотные замкнутые контура, образованные соответственно конденсаторами 8, 9, фазами обмотки статора 4, 5 и входными обмотками 10, 12 высокочастотных трансформаторов, на резонансную частоту соответствующего автогенератора при заданном положении ротора электродвигателя и тем самым повысить кратность его расстройки при смене положения ротора.

Выполнение заграждающего фильтра 2 (3) в виде катушки индуктивности 19 (21), т.е. без сердечника, дает возможность обеспечить настройку фильтра на резонансную частоту соответствующего автогенератора при любых значениях силового тока статора электродвигателя.

Таким образом, предлагаемое техническое решение позволяет обеспечить высокую надежность работы бесконтактного электродвигателя постоянного тока.

Использование: в приборных электроприводах, например, в гироскопических электромеханических устройствах, в электроприводах винчестерских дисков ЭВМ, а также в электроприводах бытовых приборов. Сущность: электродвигатель содержит коммутатор 1, подключенный к источнику напряжения постоянного тока, заграждающие фильтры 2,3, статор с двухфазной обмоткой/ в общем случае - многофазной/, фазы 4 и 5 которой составлены из двух соединенных последовательно групп одноименнополосных секций, первые группы которых зашунтированы конденсаторами 6,7, конденсаторы 8,9, соединенные последовательно с входными обмотками высокочастотных трансформаторов 10, 12, выходные 11, 13 обмотки которых соединены с соответствующими автогенераторами 14,15, демодуляторы 16, 17 и распределитель импульсов 18. За счет исключения ложных срабатываний ключей коммутатора повышается надежность работы. 1 ил.

БЕСКОНТАКТНЫЙ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЬ ПОСТОЯННОГО ТОКА, содержащий статор с многофазной обмоткой, каждая фаза которой составлена из двух соединенных последовательно групп одноименно-полюсных секций, причем одна из групп секций каждой фазы зашунтирована конденсатором, ротор с постоянными магнитами, количество полюсов которых равно числу секций фаз обмотки статора, и чередующимися секторами различной электропроводности, число которых равно числу пар полюсов, автогенераторы по числу фаз обмотки статора с высокочастотными трансформаторами на выходе, демодуляторы, включенные в выходные цепи соответствующих автогенераторов, распределитель импульсов, входы которого соединены с выходами демодуляторов, и коммутатор, управляющие входы которого соединены с выходами распределителя импульсов, отличающийся тем, что в него введены конденсаторы по числу фаз обмотки статора, каждый из которых соединен последовательно с обмоткой высокочастотного трансформатора соответствующего автогенератора, и заграждающие фильтры по числу фаз обмотки статора, причем конденсатор с последовательно соединенной обмоткой высокочастотного трансформатора подключены параллельно соответствующей фазе обмотки статора, выводы вторых групп секций каждой фазы подключены к выходам коммутатора через заграждающие фильтры.