Вентильный электродвигатель Советский патент 1983 года по МПК H02K29/02 

л to

СХ) ГС

со

2.Электродвигатель по п.1, отлич ающийся тем, что ебмотка якоря в активной зоне выполнена с шириной проводника, равно ширине изоляционного промежутка между проводниками.

3.Электродвигатель по пп.1 и 2, отличающийся тем, что вершины двух -соседних проводников одного слоя лежат на одном радиусе, а углы при вершинах изломов лежат

в пределах 60-120 .

4.Электродвигатель по пп.1-3, отличающийся тем, что обмотка якоря выполнена в виде нескольких одинаковых дисков, на каждом из которых расположена многофазная обмотка, а одноименные секции разных дисков соединены последова-тельно.

5.Электродвигатель по пп. 1-4, отличающийся тем, что якорь снабжен второй аналогичной группой дисков, обмотки которых соединены с выходом преобразователя частоты, выполненного с возможностью подачи напряжения со сдвигом по фазе на угол , где К - номер высшей гармоники, именяцей наибольглую амплитуду .

6.Электродвигатель по пп.1-5, отличающийся тем, что якорь снабжен электропроводящим немагнитным диском, расположенным между обмоткой и магнитопроводом якоря.

1.ВЕНТИЛЬНЫЙ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЬ, содержащий ротор, выполненный из постоянного магнита, беспазовый якорь.с многофазной обмоткой, секции которой соединены с выходом преобразователя частоты, управляющие цепи которого связаны с чувствительными элементами датчика положения ротора, отличающийся тем, что, с целью повышения равномерного вращения,обмотка якоря выполнена двухслойной, активная часть каждого проводника выполнена пилообразной формы, причем проводник каждой секции одного слоя находится напротив изоляционного промежутка между i проводникаили другого слоя, в котором расположена соседние секции. (Л

1

.Изобретение относится к электротехнике, в частности к вентильным ; электродвигателям (ВД) с бесконтактной коммутацией обмоток, применяемым в устройствах записи и воспроиз- ведения информации.

Известны ВД с бесконтактной коммутацией, в которых обмотка якоря приводного двигателя выполнена методом печатного монтажа Ql}. „

однако в таких конструкциях при сверхтихоходном исполнении не обеспечивается устойчивость и высокая равномерность движения, необходимые для исключения искажения записываемой и считываемой информации.

Известны также бесконтактные элекрические приводы с транзисторными коммутаторами, где якорь приводного двигателя выполнен с пазами, а ротор представляет собой цилиндрический постоянный магнит 23.

Недостатком этого привода является большое время разгона до установившейся скорости вращения (11 с), большая металлоемкость, значительные габариты (масса 2,5 кг) и стоимость изготовления.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является бесконтактный вентильный электродвигатель, содержащий ротор, выполненный из постоянного магнита, беспазовый якорь с многофазной обмотко.й, секции которой соединены с выходом преобразователя частоты, управлянадие цепи которого связаны счувствительными элементами датчика положения ротора ЗЭ.

Применение шестнадцати катушек без сердечника, расположенных в два слоя, системы обратной связи по скорости и положение ротора позволяют обеспечить хорошую равномерность движения, но ценой значительного усложнения технологии изготовления привода и увеличения габаритов (осевой длины) приводного двигателя. Вместе с тем равномерность движения и в этом случае даже при наличии больших маховых масс не обеспечиваеся лучше, чем 0,15%.

Цель изобретения - упрощение кон струкции и уменьшение габаритов при высокой равномерности движения в сверхтихоходном варианте исполнения

Указанная цель достигается тем, что в вентильном электродвигателе, содержащем ротор, выполненный из постоянного магнита, беспазовый яко с многофазной обмоткой, секции которой соединены с выходом преобразователя частоты,управляющие цепи которого связаны с чувствительными элементами датчика положения ротора, обмотка якоря выполнена двухслойной, активная часть ка.адого проводника выполнена пилообразной формы и расположен.д таким образом, что проводник каждой секции одного слоя находится напротив изоляционного промежутка между проводниками другого слоя, в котором расположены соседние секции.

Для повышения технологичности обмотка якоря в активной зона может быть выполнена с шириной провод ника равной ширине из.оляционного промежутка между проводника.ми.

Лучшее использование активных материалов может быть достигнуто в том случае, когда вершины двух сосе них проводников одного слоя лежат на одном радиусе, а угЛ:л при вершинах изломов лежат в пределах 60120°. Для использования при повышенном напряжении и повышения равномерност обмотка якоря выполнена в виде нескольких одинаковых дисков, на каждом из которы: расположена многофаз ная обмотка, а одноименные секции разных дисков соединены последовательно. Для повышения равномерности якор может быть снабжен второй аналогичной группой дисков, обмотки КОТОР1ЛХ соединены с выходом преобразователя частоты, выполненные с возможностью подачи напряжения со сдвигом по фазе на угол 180°/К, где К нсмер высшей гармоники, имеющей наибольшую амплитуду, Кроме того, якорь может быть сна жен электропроводящим немагнитным диском, расположенным между обмоткой и магнитопроводом якоря. На фиг, 1 показана функциональна схема ВД; на фиг. 2 - один из возможных вариантов развернутой схемы обмотки якоря при двухфазном исполнении и двухполюсном двигателе; на фиг. 3 - фрагмент реальной обмотки, выполненной на диске при четырех парах полюсов; фиг. 4 - вариант устройства привода с якорем из нескольких дисков; фиг. 5 - включени дисков со сдвигом по фазе питающих напряжений. ВД (фиг. 1) содержит преобразова тель 1 частоты, предназначенный для преобразования напряжения сети в двухфазное (в общем случае многофаз ное) синусоидальное напряжение стабильной частоты, которое подается на электродвигатель 2, т.е. на его обмотку 3 якоря 4, расположенного между ферритовым кольцевым магнитом 5 и замыкателем 6 магнитного потока. Ферритовый магнит.5 жестко связан с массивным диском 7, являющимся исполнительным органом,, на котором располагается носитель информации. Преобразователь 1 построен на полупроводниковых приборах и управ ляется устройством 8 управления, ко торое, в общем случае, включает ге нератор эталонной частоты и схему обработки сигналов, получаемых с чувствительных элементов датчика 9 положения и датчика 10 угловой ско рости вращзния ротора, элементы ко торых расположены на верхней панел ,11 якоря 4. На нижней поверхности этой панели расположен немагнитный электропроводящий, например, м ный диск 12. Якорь 4 электродвигателя 2 (фиг и 3) в простейшем случае представл ет собой немагнитный диск, на лице вой и обратной поверхностях которо го методом печатного монтажа нанесены активные проводники. При этом Каждая секция многофазной обмотки якоря состоит из первого 13 и BTODO-/ го 14 активных проводников. Секции, образуя воновую .обмотку, срединены в каждой фазе последовательно. Ак тивные проводники ппоские и имеют пилообразную форму, при этом вершины 15 и 16 изломов двух смежных проводников, примыкающих один к другому, лежат на одном и том же радиусе. Величина угла при вершинах 15 и 16 изломов из условий упрощения технологии изготовления печатной обмотки выбрана в пределах 60-120 . Ширина активного проводника 13, измеренная по дуге окружности рабочей поверхности диска, не превышает ширины промежутка между активными проводниками. Второй активный проводник 14 каждой секции лроходит по обратной поверхности диска (на фиг. 2 и 3 это показано пунктиром) , переход осущест:: вляется через отверстия в диске (на фиг. 2 и 3 они показаны точкё1ми), проводник располагается против промежутка между двумя активными проводниками на лицевой поверхности диска. На фиг. 2 схема печатной обмотки показана условно, развернутая в прямоугольник, а для упрощения - при одной паре полюсов,. но для двух фаз 17 и 18 с концами 19 и 20. На фиг. 3 обмотка показана частично, но На реальной рабочей поверхности диска в восьмиполюсном варианте с единственным упрощением в изображении группы активных проводников 21 (активные проводники изображены прямыми линиями). . Для увеличения ЭДС, наводимой в обмотке якоря при вращении, следовательно для повышения устойчивости , движения, якорь целесообразно выполнить из нескольких дисков 22 - 25 (фиг. 4 и 5), разделенных немагнитными изоляционными промежутками 26. При этом обмотки отдельных дисков по каждой фазе 17 и 18 или 27 и 28 соединены последовательно. С этой же целью на нижней поверхности верхней панепи 11 расположено плоское медное кольцо (диск 12). ВД работает следующим образом. Преобразователь 1, получая питание от сети, преобразует его в двухфазное синусоидальное напряжение переменного тока частоты вращения ротора. Последнее обеспечивается за счет сигналов с датчиков положен ния 9 и скорости вращения 10. Ток частоты вращения ротора, проходя по обмоткам 17 и 18 .(27 и 28), взаимо-. действует с магнитным потокомкольце вого магнита 5, при этом создается вращающий момент, разгоняющий

диск 7 до скорости вращения, соответствующей частоте эталонного генератора устройства 8 управления. В дальнейшем скорость вращения поддерживается стабильной за счет обратной свя,зи по скорости вращения через датчик 10, т.е. путем сравнения частоты с эталонной и выработки соответствующего управляющего воздействия при расхождении указанных частот.

Равномерность движения, т.е. постоянство мгновенной скорости вращения, обеспечивается двумя путями: исключением высших гармоник из состава выходного напряжения электропреобразовательного устройства и исключением высших пространственных гармонических составляющих из состава магнитного потока обмотки якоря. Поскольку магнитная индукция кольцевого магнита не постоянна по радиусу, а по углу изменяется не строго по синусоидальному закону, то обычными приемами (распред лением обмотки якоря, укорочением шага и скосом активных проводников) не удается исключить влияние высших пространственных гармоник МДС якоря. Применение пилообразной формы активных проводников обеспечивает постепенное вхождение проводни ка в зону действия магнитного потока, причем на любом расстоянии рассматриваемой области кольцевого магнита от Центра. Расположение вершин 15 и 16 излома,прилегающих один к другому проводников на общем рсщиусе обеспечивает плавную смену одного проводника другим при прохождении данной области кольцевого магнита. Таким образом, пилообра ная форма активных проводников и их особое расположение обеспечивают плавное вхождение каждой зоны с током в соответствующую область магч нитного поля, а это значит, что дей ствие высших гармоник магнитного потока и МДС якоря по углу и радиусу взаимодействующих элементов будут взаимно уничтожаться.

Форма выходного напряжения устройства 1 зависит от пространственного распределения индукции магнитнбго ПОЛЯ магнита 5, так как формирование выходного напряжения происходит по сигналам датчиков 9 полоjnettH, реагирующих на величину индукции магнитного потока. Поэтому, если распределение поля магнита 5 в пространстве несинусоидальное, то выходное напряжение преобразователя. 1 также будет несинусоидальньви. Однако, если предусмотреть размещение на нижней поверхности верхней панели 11 якоря 4 плоского медного кольца 12,то действие высших гармон будет ослаблено. Проводящее медное кольцо обусловливает тормозной момент, велич;ина которого при активном характере электрических сопротивлений кольца будет пропорциональна С1 орости врсццения ротора (М KuU), т.е. действием этого момента будет вводиться демпфирующий эффект

Другим путем ослабления действия высших гармонических составляющих поля и, следовательно, выходного. . напряжения, является разбиение дисков якоря на две группы (фиг. 5), в каждой из которых одноименные фазы обмоток 17,18 и 27, 28 включаются последовательно. Фазы 17 и 18 получают питание от преобразовательного устройства 1. Фазы 27 и 28 также подключены под двухфазное напряжение этого устройства, но напряжение на них сдвинуто от соответствующих напряжений о бмоток 17 и 18 на угол d:- , где к - номер высшей гармоники напряжения, имеющей наибольшую амплитуду. Так, например если , тооСгЗб. Тогда для пятой гармоники этот сдвиг окажется равным 180 ° и созданный ею момент для одной группы дисков будет уничтожаться моментом, обусловленным другой группой дисков.

Таким образом, применение якоря с новой по форме и включению печатной обмоткой позволит обеспечить высокую равномерность и устойчивость движения привода в сверхтихоходном варианте исполнения. При этом конструкция и, следовательно, технология изготовления значительно упростятся, а осевая длина двигателя уменьшится.

15 W

VVV A/VVV/VWVWWVVWWVr--v/v лллA лллллvwvwvw Л|

I-VWVAAVWXA /VWVWVWWSr AAAAAAVWVVVVVWVWWV

I о- -v WAWWWWVWWVWJo--vVVVVVVVVVVVNMAAAAMAn

гг

гз

rЛ/WV ЛЛAAЛЛЛVWVЛAДЛЛVи

fVWVVVVVVVVV VWVV AAV --

/7

«р--vsллл лл лAVA w лллг

AVvVWЧ VAЛVV ЛЛ VvVf«-VWWVWWSAVSAV/AVWV

-VV AЛЛЛЛЛЛЛ/VWVV ЛЛЛЛ/VV

25:-гв

-о -о

П М

26

26