ВЕНТИЛЬНАЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ МАШИНА Российский патент 2002 года по МПК H02K29/06 H02K29/00 

Описание патента на изобретение RU2179780C2

Предлагаемое изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в вентильных электрических машинах с индукторами на базе постоянных магнитов и магниточувствительными датчиками положения ротора (ДПР) как в двигателях, так и в генераторах.

Известны различные конструкции вентильных электрических машин, магниточувствительные элементы ДПР которых срабатывают от потока основных магнитов индуктора двигателя. Так, например, вентильный двигатель, описанный в [1] , содержит индуктор с постоянными магнитами и зубчатый якорь с обмоткой. На поверхности зубцов якоря, обращенной к индуктору, выполнены пазы, в которых установлены магниточувствительные элементы ДПР, срабатывающие от потока основного магнита индуктора. Недостатком известного электродвигателя является невозможность регулирования и, следовательно, подстройки моментов срабатывания магниточувствительных элементов относительно моментов прохождения ЭДС фаз обмотки через ноль, что снижает энергетические показатели машины.

Известны также вентильные электрические машины, например [2], содержащие индуктор с постоянными магнитами, якорь с обмоткой, расположенной на зубчатом магнитопроводе, и ДПР, магниточувствительные элементы которого расположены между зубцами магнитопровода якоря и срабатывают от потока магнитов индуктора.

Кроме того, известны вентильные электрические машины с беззубцовым якорем и индуктором с постоянными магнитами, в которых магниточувствительные элементы ДПР, срабатывающие от потока магнитов индуктора, установлены внутри катушек обмотки якоря, например [3].

Недостатком всех этих конструкций, как и в первом случае, является невозможность регулирования моментов срабатывания магниточувствительных элементов ДПР.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является вентильный электродвигатель, описанный в [4] (прототип). Он содержит индуктор с постоянными магнитами, установленными на магнитопроводе ротора, якорь с обмоткой и ДПР, магниточувствительные элементы которого ориентированы относительно обмотки якоря и установлены у торца индуктора, вследствие чего они срабатывают от полей рассеяния его магнитов. Такая конструкция позволяет регулировать момент срабатывания магниточувствительных элементов путем поворота обоймы, на которой они установлены, относительно якоря с обмоткой. Недостатками этого известного вентильного двигателя являются сравнительно невысокая точность установки интервалов между моментами срабатывания и низкая надежность срабатывания, обусловленные размещением магниточувствительных элементов ДПР в зоне действия слабых полей рассеяния, величина и распределение которых в значительной степени зависят от множества технологических факторов, изменяющихся случайным образом от экземпляра к экземпляру. Вследствие этого имеет место сильная зависимость моментов срабатывания от расстояния магниточувствительных элементов от магнитов. Это обстоятельство требует высокой точности сборки машины.

Заявляемое изобретение направлено на устранение перечисленных недостатков известных вентильных машин и позволяет повысить точность и надежность срабатывания магниточувствительных элементов ДПР и, как следствие этого, энергетические показатели машины.

Технический результат достигается за счет того, что между крайней частью поверхности магнитопровода индуктора, обращенной к постоянным магнитам, и самими этими магнитами выполнена кольцевая полость, в которую помещены магниточувствительные элементы ДПР, установленные на поворотной обойме и ориентированные относительно обмотки якоря.

На фиг. 1 представлен вариант реализации изобретения на примере цилиндрической вентильной машины с зубчатым сердечником якоря и радиально намагниченными магнитами, на фиг.2 - вариант реализации изобретения на примере дисковой (торцевой) машины с беззубцовым якорем и аксиально намагниченными магнитами, на фиг.3 приведен фрагмент магнитной цепи, поясняющий принцип работы ДПР предлагаемой конструкции.

Вентильная машина содержит индуктор с постоянными магнитами 1, установленными на магнитопроводе 2. Магнитопровод 2 размещен на ступице 3 (фиг. 1) или втулке 3 (фиг.2), установленной на валу 4. Катушки якорной обмотки 5 размещены на зубчатом магнитопроводе 6, установленном в корпусе машины 7 (вариант, представленный на фиг.1) или непосредственно закреплены в корпусе 7 (вариант, представленный на фиг.2). В корпусе 7 установлена также обойма ДПР 8, магниточувствительные элементы 9 которой, ориентированные относительно обмотки якоря, помещены в кольцевую полость между постоянными магнитами 1 и магнитопроводом 2, образованную кольцевой проточкой 10. Обойма 8 имеет возможность поворота относительно оси вращения машины с целью регулирования положения магниточувствительных элементов относительно обмотки якоря. На фиг.2 также показан магнитопровод 11 в виде стального диска, служащий для замыкания пути для основного магнитного потока магнитов 1.

В качестве магниточувствительных элементов 9 могут быть использованы элементы Холла, например биполярные микросхемы типа К1116КП11, выдающие на выходе сигнал нулевого или единичного уровня в зависимости от направления поля, пронизывающего их поверхность. Количество магниточувствительных элементов 9 и их угловой сдвиг друг относительно друга определяются числом фаз обмотки 5 и числом полюсов индуктора, а также типом полупроводникового коммутатора (с реверсивным или нереверсивным питанием).

Размеры полости определяются размерами магниточувствительных элементов, которые при современном состоянии электроники столь малы (например, вышеуказанная микросхема имеет размеры 4,5 мм•4,5 мм•2 мм), что ее выполнение практически не сказывается на величине основного магнитного потока машины.

Вентильная машина работает следующим образом. Коммутация тока в фазах якорной обмотки 5 осуществляется с помощью полупроводникового коммутатора (не показан) по сигналам с магниточувствительных элементов 9. При вращении ротора эти элементы поочередно оказываются в полях то северного, то южного полюсов, что приводит к изменению уровня их выходного сигнала. При равной чувствительности элементов Холла к полям обоих знаков сигналы на выходах чувствительных элементов имеют длительность 180 эл.град. Так как магниточувствительные элементы 9 находятся в зоне сильного основного потока магнитов 1 (см. фиг.3), то некоторые неизбежные аксиальные и радиальные перемещения магниточувствительных элементов в пределах кольцевой полости, вызванные технологическими погрешностями, практически не сказываются на моментах их срабатывания. При необходимости изменения этих моментов обойма ДПР 8 может быть повернута вокруг оси вращения машины.

Таким образом, выполнение между крайней частью поверхности магнитопровода индуктора, обращенной к постоянным магнитам, и самими этими магнитами кольцевой полости и помещение в эту полость магниточувствительных элементов ДПР, ориентация которых относительно якоря может регулироваться, позволяют повысить точность и надежность срабатывания магниточувствительных элементов ДПР, что в свою очередь повышает надежность вентильной машины в целом и улучшает ее энергетические показатели. При этом на точности срабатывания практически не сказываются небольшие аксиальные люфты и радиальные биения ротора машины. Кроме того, к достоинствам предлагаемой конструкции следует отнести ее простоту и технологичность.

Источники информации
1. Заявка ФРГ (DE) OS 3215541, кл. Н 02 К 29/02, 1982 г. (аналог).

2. Заявка ФРГ OS 3240580, кл. Н 02 К 29/02, 1982 г. (аналог).

3. А.с. СССР 1120459, кл. Н 02 К 29/02, 1980 г. (аналог).

4. Заявка ФРГ OS 3434965, кл. Н 02 К 29/02, 1983 г. (прототип).

Похожие патенты RU2179780C2

название год авторы номер документа
Датчик положения ротора электрической машины 1989
  • Гандшу Владимир Моисеевич
  • Лебедев Николай Иванович
  • Явдошак Ярослав Иванович
SU1617553A1
Бесконтактная электрическая машина постоянного тока 1988
  • Явдошак Ярослав Иванович
  • Гандшу Владимир Моисеевич
  • Лебедев Николай Иванович
SU1561164A2
Бесконтактная электрическая машина постоянного тока 1986
  • Явдошак Ярослав Иванович
  • Гандшу Владимир Моисеевич
  • Лебедев Николай Иванович
  • Гращенков Владимир Тимофеевич
SU1387123A2
Способ изготовления бесконтактной электрической машины 1986
  • Явдошак Ярослав Иванович
  • Гандшу Владимир Моисеевич
  • Лебедев Николай Иванович
  • Гращенков Владимир Тимофеевич
SU1436212A1
Электрическая машина с регулируемым возбуждением 1988
  • Лебедев Николай Иванович
  • Гандшу Владимир Моисеевич
  • Явдошак Ярослав Иванович
SU1642556A1
Датчик положения ротора биротативного вентильного электродвигателя 1982
  • Адволоткин Николай Петрович
  • Минин Алексей Сергеевич
  • Шабанов Алексей Викторович
  • Янковский Алексей Юрьевич
SU1035743A1
Вентильный торцовый электродвигатель 1986
  • Шафранский Валентин Иванович
  • Олешкевич Марк Михайлович
  • Романов Владимир Викторович
SU1365273A1
Способ настройки вентильного электродвигателя 1986
  • Герасимова Валентина Алексеевна
  • Катунин Владислав Михайлович
  • Срибный Владимир Гаврилович
  • Лютый Анатолий Васильевич
SU1467687A1
Датчик положения ротора 1979
  • Адволоткин Николай Петрович
  • Капустин Алексей Павлович
  • Лебедев Николай Иванович
  • Минин Алексей Сергеевич
  • Овчинников Игорь Евгеньевич
SU942215A1
Бесконтактная электрическая машина постоянного тока (ее варианты) 1985
  • Гандшу Владимир Моисеевич
  • Гращенков Владимир Тимофеевич
  • Лебедев Николай Иванович
  • Явдошак Ярослав Иванович
  • Беляева Светлана Алексеевна
SU1274081A1

Иллюстрации к изобретению RU 2 179 780 C2

Реферат патента 2002 года ВЕНТИЛЬНАЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ МАШИНА

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в вентильных электрических машинах с индукторами на базе постоянных магнитов и магниточувствительными датчиками положения ротора, срабатывающими от поля магнитов индуктора. Техническим результатом изобретения является обеспечение точного и надежного срабатывания магниточувствительных элементов указанного датчика и повышение энергетических показателей машины. Указанный технический результат достигается путем того, что устройство содержит якорь с обмоткой, индуктор с намагниченными радиально или аксиально постоянными магнитами, установленными на магнитопроводе с кольцевой полостью между магнитами и крайней частью поверхности магнитопровода, обращенной к постоянным магнитам, и датчик положения ротора, магниточувствительные элементы которого установлены на подвижной обойме и помещены в кольцевую полость. 3 ил.

Формула изобретения RU 2 179 780 C2

Вентильная электрическая машина, содержащая якорь с обмоткой, индуктор с намагниченными радиально или аксиально постоянными магнитами, установленными на магнитопроводе, и датчик положения ротора с магниточувствительными элементами, расположенными в поле постоянных магнитов индуктора и установленными на обойме, подвижной относительно обмотки якоря, отличающаяся тем, что между крайней частью поверхности магнитопровода индуктора, обращенной к постоянным магнитам, и самими этими магнитами выполнена кольцевая полость, в которую помещены магниточувствительные элементы датчика положения ротора.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2002 года RU2179780C2

БЕСКОНТАКТНЫЙ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЬ ПОСТОЯННОГО ТОКА 0
SU210930A1
Вентильный торцовый электродвигатель 1985
  • Петропольский Николай Васильевич
  • Ковалев Сергей Николаевич
  • Бутковский Леонид Александрович
  • Трифонова Людмила Викторовна
SU1348966A1
БЕСКОНТАКТНЫЙ НИЗКОСКОРОСТНОЙ ВЫСОКОМОМЕНТНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ ПОСТОЯННОГО ТОКА 1994
  • Корешков К.В.
  • Малышко В.М.
  • Сашина И.Ю.
  • Скалон А.И.
  • Соколов В.Ю.
RU2071630C1
DE 3434965 А1, 04.04.1985
DE 3240580 А1, 03.05.1982.

RU 2 179 780 C2

Авторы

Лебедев Н.И.

Гандшу В.М.

Даты

2002-02-20Публикация

2000-03-09Подача