ОБРАЩЕННЫЙ ВЕНТИЛЬНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ Российский патент 2012 года по МПК H02K29/00 H02K1/27 H02K21/22 

Изобретение относится к области электромеханики и может быть использовано в автоматизированном электроприводе и системах автоматики.

Известен обращенный вентильный электродвигатель ДБУ-100 (48 В, 150 об/мин, 6.5 А, 3.2 Нм), выпускаемый электротехническим заводом "Миассэлектроаппарат". Двигатель ДБУ-100 используется в приводах медицинского оборудования [http://www.miasselektroapparat.ru/catalogue/uncontrol-dc/uncontrol-dc_31.html]. Недостатком является то, что размещение постоянных магнитов на внутренней поверхности внешней втулки приводит к появлению значительных по величине магнитных потоков рассеяния, что приводит к уменьшению электромагнитного момента двигателя.

Известен вентильный двигатель, выбранный за прототип [монография Овчинникова И.Е. «Вентильные электрические двигатели и привод на их основе»: Курс лекций. СПб.: КОРОНА-Век, 2006. - 336 с.]. Вентильный двигатель (ВД) состоит из статора с m-фазной обмоткой и ротора, магнитная система которого выполнена из 4-х сегментов - постоянных магнитов, намагниченных в радиальном направлении.

Недостаток этой схемы возбуждения состоит в том, что размещение постоянных магнитов на внутренней поверхности внешней втулки приводит к появлению значительных по величине магнитных потоков рассеяния. Искажение распределения пускового момента за счет пульсаций магнитной проводимости зубцового слоя статора ведет к нестабильности работы ВД и увеличивает статическую и динамическую ошибки ВД.

Задачей изобретения является повышение энергетических и динамических характеристик ОВД.

Предложен обращенный вентильный двигатель (ОВД), состоящий из внутреннего статора с m-фазной обмоткой и ротора, состоящего из внешней втулки, на внутренней поверхности которой размещена магнитная система, состоящая из 12 предварительно намагниченных и раскроенных сегментов, причем угол намагничивания каждого сегмента определяется по формуле α_HC=90°(N-1), где N - порядковый номер сегмента в обойме, число пар полюсов магнитного поля ротора соответствует числу пар полюсов обмотки статора.

Ротор двигателя может состоять из двух равных частей в продольном направлении, смещенных друг относительно друга в поперечной плоскости на половину зубцового деления статора.

В заявляемой конструкции обращенного вентильного двигателя магнитное поле возбуждения формируют из предварительно намагниченных и раскроенных сегментов постоянных магнитов. Основным элементом в предлагаемом двигателе является специальная магнитная система, которая позволяет уменьшить магнитные потоки рассеяния и получить магнитное поле внутри ротора. Количество сегментов постоянных магнитов определяет число пар полюсов магнитного поля ротора, которое должно соответствовать числу пар полюсов обмотки статора. Выбор угла намагничивания каждого сегмента позволяет сформировать необходимое магнитное поле внутри ротора. Выполнение ротора специальным образом и смещение его частей приводит к компенсации влияния зубцовых гармоник.

Совокупность этих отличительных признаков приводит к повышению стабильности работы ОВД и улучшению энергетических и динамических характеристик - увеличение пускового момента и устранению зубцовых пульсаций электромагнитного момента.

На фиг.1 приведен эскиз поперечного сечения обращенного вентильного двигателя. 1 - внешняя втулка, 2 - магнитная система, 3 - внутренний статор с трехфазной обмоткой. Магнитная система составлена из 12 сегментов, угол намагничивания каждого сегмента зависит от местоположения сегмента во втулке, который определяют в соответствии с формулой α_HC=90°(N-1), где N=1, 2, 3…12 - порядковый номер сегмента в обойме. Угол отсчитывают от вертикальной оси по часовой стрелке. Ось лежит в плоскости магнита (фиг.2). Схема раскроя постоянных магнитов приведена на фиг.3. На каждом сегменте указано направление намагничивания исходного цилиндра постоянного магнита. В зависимости от места каждого сегмента в обойме различают конфигурации раскроя отдельных сегментов [Патент RU №2305357]. Изготовленные сегменты постоянных магнитов устанавливают на внешней втулке и фиксируют термостойким клеем. Необходимый внутренний диаметр обеспечивают расточкой внутреннего диаметра после сборки сегментов на внешней втулке. Благодаря определенному порядку направления намагничивания последовательно сформированных сегментов формируют магнитное поле внутри ротора.

Ротор изготовлен из двух равных частей в продольном направлении и развернутых друг относительно друга в поперечной плоскости на половину зубцового деления статора для компенсации влияния зубцовых гармоник в ОВД. Кривые распределения пускового момента для любого конструктивного исполнения ВД и способа возбуждения содержат зубцовую гармонику (в данном случае это 12-я гармоника), наличие которой определяется изменением магнитной проводимости зубцов статора. На фиг.4 приведена конструкция ротора по п.2.

Вентильный двигатель работает следующим образом. В результате взаимодействия магнитного потока ротора, созданного магнитной системой, с потоком статора, созданным токами в проводниках обмотки статора, получаем электромагнитный момент. На фиг.5 приведены кривые распределения пускового момента в ВД по прототипу (1-я кривая) и в ОВД с возбуждением по предложенной схеме (2-я кривая) для режима работы двигателя при длительности открытого состояния транзисторов вентильного коммутатора λ=120 эл.град. и плотности тока в обмотках статора J=10 А/мм². На фиг.6 приведен график распределения пускового момента в ВД с компенсацией зубцовых гармоник.

Приведенные результаты подтверждают эффективность предложенных решений: увеличивается значение пускового момента в обращенном ВД почти в 2 раза для рассмотренного примера, компенсируется действие зубцовых гармоник обмотки статора, устраняются пульсации в кривой распределения электромагнитного момента по расточке статора/ротора, т.е. повышаются энергетические и динамические характеристики ОВД.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в автоматизированном электроприводе и системах автоматики. Технический результат, достигаемый настоящим изобретением, состоит в повышении энергетических и динамических характеристик обращенных вентильных двигателей (ОВД). Указанный технический результат достигается тем, что в предложенном обращенном вентильном двигателе, состоящем из статора с m-фазной обмоткой и ротора, состоящего из внешней втулки и постоянных магнитов, согласно изобретению, статор расположен внутри двигателя, а ротор состоит из внешней втулки, на внутренней поверхности которой размещена магнитная система, состоящая из 12-ти предварительно намагниченных и раскроенных сегментов, причем угол намагничивания каждого сегмента определяют по формуле α_НС=90°(N-1), где N - порядковый номер сегмента в обойме, число пар полюсов магнитного поля ротора соответствует числу пар полюсов обмотки статора. 1 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Обращенный вентильный двигатель, состоящий из статора с m-фазной обмоткой и ротора, магнитная система которого выполнена из постоянных магнитов, расположенных на втулке ротора, отличающийся тем, что статор с m-фазной обмоткой расположен внутри двигателя, ротор состоит из внешней втулки, на внутренней поверхности которой размещена магнитная система, состоящая из 12-ти предварительно намагниченных и раскроенных сегментов, причем угол намагничивания каждого сегмента определяют по формуле:
α_HC=90°(N-1),
где N - порядковый номер сегмента в обойме, число пар полюсов магнитного поля ротора соответствует числу пар полюсов обмотки статора.

2. Вентильный двигатель по п.1, отличающийся тем, что ротор состоит из двух равных частей в продольном направлении, смещенных относительно друг друга в поперечной плоскости на половину зубцового деления статора.