БЕСКОНТАКТНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ ПОСТОЯННОГО ТОКА Российский патент 1997 года по МПК H02P6/00 H02P6/14 

Предлагаемое изобретение относится к области электротехники, в частности, в к бесконтактным двигателям постоянного тока и может быть использовано в приводах постоянного тока, в первую очередь, в тихоходных приводах, а также в моментных устройствах (например, в силовой разгрузке гироплатформ в качестве моментного двигателя датчика момента), где требуется минимальная неравномерность вращающего момента при повороте ротора 360^o.

Известен бесконтактный двигатель постоянного тока, содержащий двухфазную обмотку, секции которой соединены между собой по мостовой схеме, датчики положения ротора двигателя и двухмостовую электронную схему коммутации, каждый мост который выполнен на четырех силовых транзисторах, образующих комплементарные пары, управляемые датчиками положения ротора двигателя через промежуточные транзисторы, причем к диагоналям этих мостов подключены диагонали мостовой схемы двухфазной обмотки двигателя [I]
Недостатком известного бесконтактного двигателя постоянного тока является сложность электронной схемы коммутации и невысокая надежность в эксплуатации из-за наличия большого числа радиоэлектронных элементов, а также из-за того, что отказ хотя бы одного из транзисторов схемы коммутации приводит к отказу двигателя в целом. Кроме того, этот двигатель имеет значительную неравномерность вращающего момента, величина которой может достигать ±15%
Известен другой бесконтактный двигатель постоянного тока, являющийся улучшенной модификацией вышеописанного, где силовые транзисторы электронной схемы коммутации управляются непосредственно от датчиков положения ротора двигателя [2]
Данный двигатель является наиболее близким по технической сущности к заявляемому и содержит двухфазную обмотку, секции которой соединены по мостовой схеме, а вершины мостовой схемы обмотки подсоединены к шинам питания через ключи двухмостовой электронной схемы коммутации, выполненной на восьми силовых транзисторах, управляемые от четырех датчиков положения ротора двигателя.

Однако и эта схема является довольно сложной и не обеспечивает достаточной надежности в эксплуатации и, кроме того, как и описанный выше аналог, имеет значительную неравномерность вращающего момента.

Целью данного изобретения является устранение указанных недостатков, т. е. упрощение схемы, повышение надежности и уменьшение неравномерности вращающего момента.

Решение постоянной задачи достигается тем, что в бесконтактном двигателе постоянного тока, содержащем двухфазную обмотку, секции которой соединены по мостовой схеме, а вершины мостовой схемы обмотки подсоединены к шинам питания через ключи электронной схемы коммутации, управляемые от четырех датчиков положения ротора двигателя, электронная схема коммутации выполнена в виде двух силовых p-n-p транзисторов и двух силовых n-p-n транзисторов, подсоединенных эмиттерами к соответствующей шине питания, коллекторы одноименных транзисторов подсоединены к соответствующей диагонали мостовой схемы обмотки двигателя, секции которой, образующие противоположные плечи моста, подсоединены к смежным секциям одноименными выводами, а базы одноименных транзисторов соединены с выходами диаметрально расположенных датчиков положения ротора двигателя.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.I приведена принципиальная электрическая схема заявляемого двигателя, на фиг.2 схема расположения датчиков положения ротора двигателя, а на фиг.3 диаграмма работы двигателя.

Бесконтактный двигатель постоянного тока (фиг.I) содержит четыре цепочки из последовательно соединенных датчика I(2, 3, 4) положения ротора двигателя и резистора 5(6, 7, 8), включенные между шинами питания, и электронную схему коммутации, выполненную на двух силовых p-n-p транзисторах 9, 10 и двух силовых n-p-n транзисторах 11, 12, эмиттеры которых подсоединены соответственно к положительной и отрицательной шинам питания. Датчики положения ротора смещены в пространстве один относительно другого с шагом в 90 элград. причем датчики I и 3 расположены диаметрально датчикам 2 и 4 соответственно. Выводы датчиков I и 2 подсоединены соответственно к базам p-n-p транзисторов 9 и 10, а выходы датчиков 3 и 4 к базам n-p-n транзисторов 11 и 12. Двухфазная обмотка двигателя выполнена в виде одинаковых секций 13, 14, 15 и 16, соединенных между собой по мостовой схеме, причем секции, образующие противоположные плечи моста, подсоединены к смежным секциям одноименными выводами. В одну диагональ мостовой схемы обмотки включены коллекторы транзисторов 9 и 10, в другую коллекторы транзисторов 11 и 12.

В качестве датчиков положения ротора двигателя в данном случае предпочтительнее использовать фотодатчики: пару фотодиод-светодиод, а также магнитоэлектрические высокочастотные датчики.

При повороте ротора двигателя происходит последовательное открывание силовых транзисторов схемы коммутации. На участке A (фиг.3) датчики I и 4 открывает транзисторы 9 и 12, и ток течет от точки "а" к точке "г" напрямую (полный ток) и через точки "б", "в" и "г" одна треть полного тока. Результирующий магнитный поток показан стрелкой M. После поворота ротора на 45 эл. град. (участок Б) дополнительно открывается транзистор 11, а результате токи текут через обмотки 13 и 16, в обмотках 15 и 14 тока нет. Вектор M поля поворачивается на 45 элград. против часовой стрелки. Еще через 45 элград. на участке B запирается транзистор 12, остаются открытыми транзисторы 9, 11, токи текут по обмотке 13 (полный ток) и по обмоткам 16,15,14 (одна треть полного тока). И еще через 45 элград. (участок Г) дополнительно открывается транзистор 10. Далее идет аналогичный процесс.

Таким образом, при повороте ротора на 360 элград. вектор поля занимает восемь фиксированных положений, через каждые 45 элград. что обеспечивает указанную малую неравномерность момента.

Заявляемый бесконтактный двигатель постоянного тока значительно проще по своему схемному решению по сравнению с описанными выше аналогом и прототипом и обладает повышенной надежностью как за счет того, что между комплементарными парами транзисторов включены обмотки двигателя (это исключает возможность короткого замыкания источника питания), так и за счет уменьшения числа радиоэлектронных элементов.

Источники информации:
1. Акцептованная заявка Японии N 49-11481, кл.56 А 42
2. Патент США N 4847540, H 02 K 29/12, 1989 г.

Использование: в приводах постоянного тока, в первую очередь в тихоходных, а также в моментных устройствах (например, в силовой разгрузке платформ в качестве моментного двигателя). Сущность: двигатель содержит двухфазную обмотку, секции которой соединены по мостовой схеме, четыре датчика положения ротора, смещенные в пространстве один относительно другого на 90 эл. градусов, и электронную схему коммутации, выполненную на четырех транзисторах. Выходы диаметрально расположенных датчиков положения ротора подключены к базам одноименных транзисторов. 3 ил.

Бесконтактный двигатель постоянного тока, содержащий двухфазную обмотку, секции которой соединены по мостовой схеме, а вершины мостовой схемы обмотки подсоединены к шинам питания через ключи электронной схемы коммутации, управляемые от четырех датчиков положения ротора двигателя, отличающийся тем, что электронная схема коммутации выполнена в виде двух силовых р-n-р транзисторов и двух силовых n-р-n транзисторов, подсоединенных эмиттерами к соответствующей шине питания, коллекторы одноименных транзисторов подсоединены к соответствующей диагонали мостовой схемы обмотки двигателя, секции которой, образующие противоположные плечи моста, подсоединены к смежным секциям одноименными выводами, а базы одноименных транзисторов соединены с выходами диаметрально расположенных датчиков положения ротора двигателя.