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

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).

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.

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.