ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЬ ПОСТОЯННОГО ТОКА С ПОЛЫМ РОТОРОМ Российский патент 2010 года по МПК H02K29/06 H02K29/00 H02K21/26 

Изобретение относится к бесконтактным электродвигателям постоянного тока и может применяться в электроприводе, где необходимы сочетания качеств бесконтактного электродвигателя постоянного тока, а именно высокий ресурс, с высоким быстродействием и к.п.д., характерным для коллекторных электродвигателей с полым ротором.

Широко известны электродвигатели постоянного тока, описанные в следующих источниках: технический справочник под ред. Э.А.Лодочникова и Ф.М.Юферова «Микродвигатели для систем автоматики», 1969, В.И.Долидзе, М.Л.Дорохин «Электродвигатели постоянного тока в радиоэлектронных устройствах», М., Советское радио, 1973 г., Г.Штелтинг, А.Байссе «Электрические микромашины », М., Энергоатомиздат, 1991 г., В.Т.Кафтанатий, М.А.Кустовинов «Состояние и перспективы развития и экспериментального исследования прецизионных магнитоэлектрических электродвигателей постоянного тока малой мощности», под редакцией И.П.Копылова и Б.К.Клокова «Справочник по электрическим машинам», т.2 (раздел 14, глава 14.1) М., Энероатомиздат, 1989 г.

Известен описанный в патенте №DE 1265277 бесколлекторный двигатель, у которого предусмотрены катушки статора вокруг ротора с постоянным магнитным полем, выполняющие функцию магнита переменной полярности и питающиеся от переменного напряжения, частота которого больше частоты вращения ротора, а также рабочие катушки ротора и выпрямительное устройство, включенное последовательно с ними и связанное жестко с ротором и создающее постоянный ток за счет напряжения вращения, индуцированного в рабочих катушках ротора, который при взаимодействии с постоянным полем статора создает вращающий момент, отличающийся тем, что управляющее средство представляет собой управляемые выпрямители, которые управляются постоянным по фазе переменным напряжением, передающимся бесконтактно от статора к ротору через разделительный трансформатор, частота которого равна частоте напряжения, подводимого к рабочим катушкам статора.

С целью изменения направления вращения переменное напряжение, подводимое к рабочим катушкам статора или передающим катушкам трансформатора, может изменяться по фазе на противоположное.

В качестве средства для переворота фазы применен делитель с включением на напряжения противоположной полярности.

В электродвигателе по указанному патенту трансформатор обеспечивает коммутацию управляющих ключей. Такой электродвигатель имеет недостаточно высокий к.п.д.

Наиболее близким к описываемому, принятым за прототип, является электродвигатель постоянного тока, содержащий полый немагнитный ротор с якорной обмоткой, магнитную систему на основе одного или нескольких постоянных магнитов, щеточно-коллекторный узел, описанный в техническом справочнике под ред. Э.А.Лодочникова и Ф.М.Юферова «Микродвигатели для систем автоматики», 1969, стр.37.

Недостатками прототипа являются его низкая наработка и высокий уровень радиопомех.

Задачей, на решение которой направлено настоящее изобретение, является повышение ресурса электродвигателя, снижение уровня радиопомех из-за наличия щеточно-коллекторного узла.

Поставленная задача решается тем, что в электродвигателе постоянного тока, содержащем полый немагнитный ротор с якорной обмоткой, магнитную систему на основе одного или нескольких постоянных магнитов, ротор включает электронный коммутатор с внутренним выпрямителем, закрепленный на валу электродвигателя, соединенный с якорной обмоткой, питающийся переменным напряжением от вторичной обмотки вращающегося трансформатора, установленной на валу электродвигателя, первичная обмотка которого установлена на статоре электродвигателя и предназначена для подключения к внешнему источнику питания через преобразователь частоты.

Предусмотрено, что он содержит датчик положения ротора, выполненный в виде магнитоуправляемых микросхем, установленных на поверхности вращающегося коммутатора, перпендикулярной оси вращения, в зоне магнитного потока постоянного магнита.

Предусмотрено также, что преобразователь частоты выполнен тороидальной формы и конструктивно объединен со статором вращающегося трансформатора.

Изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 представлена принципиальная схема электродвигателя постоянного тока с полым ротором и встроенным коммутатором, на фиг.2 - функциональная схема электродвигателя постоянного тока с полым ротором и встроенным коммутатором.

Описываемое устройство содержит полый немагнитный ротор 1 с якорной обмоткой 2, магнитную систему на основе одного или нескольких постоянных магнитов 3, электронный коммутатор 4 с внутренним выпрямителем 5, закрепленный на валу 6 электродвигателя. Вторичная обмотка 7 вращающегося трансформатора 8 установлена на валу 6, статор 9 трансформатора установлен на статоре электродвигателя, а первичная обмотка 10 предназначена для подключения к внешнему источнику питания через преобразователь частоты 12.

Датчик положения ротора 11 выполнен в виде магнитоуправляемых микросхем. Тороидальный преобразователь частоты 12 конструктивно объединен со статором вращающегося трансформатора 8. Тороидальная форма преобразователя частоты позволяет добиться его оптимального размещения в корпусе электродвигателя.

Устройство работает следующим образом. Преобразователь частоты 12 представляет собой генератор высокой частоты, питающийся от внешнего источника постоянного тока. Преобразователь частоты 12 питает повышенной частотой первичную обмотку 10 статора вращающегося трансформатора 8. Вращающийся трансформатор 8 передает энергию постоянного тока от внешнего источника питания к полому ротору 1.

Далее напряжение со вторичной обмотки 7 ротора 1 вращающегося трансформатора 8 подается на преобразователь частоты 12, постоянное напряжение с которого подается на вращающийся электронный коммутатор 4.

Электронный коммутатор 4 с датчиком 11 положения ротора организует коммутацию обмоток электродвигателя постоянного тока по стандартной мостовой схеме бесконтактного электродвигателя постоянного тока.

Конструктивное совмещение преобразователя частоты 12 со статором 9 вращающегося трансформатора 8 позволяет достигнуть низкого уровня помех и обеспечить питание электродвигателя постоянного тока по двухпроводной линии.

Применение вращающегося коммутатора 4 позволяет получить электродвигатель постоянного тока с полым ротором, сочетающий в себе лучшие качества известных бесконтактных электродвигателей постоянного тока и коллекторных электродвигателей с полым ротором.

Изобретение относится области электротехники, в частности к бесконтактным электродвигателям постоянного тока, и может применяться в электроприводе, где необходимы сочетания качеств бесконтактного электродвигателя постоянного тока, а именно - высокий ресурс при высоком быстродействии и к.п.д., характерном для коллекторных электродвигателей с полым ротором. В предлагаемом электродвигателе постоянного тока, содержащем полый немагнитный ротор с якорной обмоткой, магнитную систему на основе одного или нескольких постоянных магнитов, согласно данному изобретению ротор включает электронный коммутатор с внутренним выпрямителем, закрепленный на валу электродвигателя, соединенный с якорной обмоткой, питающийся переменным напряжением от вторичной обмотки вращающегося трансформатора, установленной на валу электродвигателя, при этом первичная обмотка вращающегося трансформатора установлена на статоре электродвигателя и предназначена для подключения к внешнему источнику питания через преобразователь частоты. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Электродвигатель постоянного тока, содержащий полый немагнитный ротор с якорной обмоткой, магнитную систему на основе одного или нескольких постоянных магнитов, отличающийся тем, что ротор включает электронный коммутатор с внутренним выпрямителем, закрепленный на валу электродвигателя, соединенный с якорной обмоткой, питающийся переменным напряжением от вторичной обмотки вращающегося трансформатора, установленной на валу электродвигателя, первичная обмотка которого установлена на статоре электродвигателя, и предназначена для подключения к внешнему источнику питания через преобразователь частоты.

2. Электродвигатель по п.1, отличающийся тем, что он содержит датчик положения ротора, выполненный в виде магнитоуправляемых микросхем, установленных на поверхности вращающегося коммутатора, перпендикулярной оси вращения, в зоне магнитного потока постоянного магнита.

3. Электродвигатель по п.1, отличающийся тем, что преобразователь частоты выполнен тороидальной формы и конструктивно объединен со статором вращающегося трансформатора.