Вентильный электродвигатель Советский патент 1985 года по МПК H02K29/08 

1 Изобретение относится к электротехнике, в частности к электродвиг-ателям с бесконтактной коммутацией обмоток - вентильным электродвигателем (ВД), применяемым в устройствах Записи и воспроизведения информации Известны ВД, у которых обмотка якоря уложена в пазах статора, а ротор представляет собой ц;илиндрический магнит, вращаюищйся под действием МДГ, статорной обмотки и приводящш в движение носитель информации Однако такая конструкция имеет большую массу, габариты, большую длительность разгона (до 11 секунд) Известна также конструкция ВД, где для повышения равномерности дви жения двухфазная обмотка якоря выпол нена в виде большого числа бескаркасньк катушек, расположенных в два ряда между замыкателем магнитного потока- и кольцеобразным ротором постоянным магнитом 23. Однако высокая равномерность дви жения ротора здесь достигается за счет весьма сложной технологии изго товления .катушек, число которых дос тигает 16, и трудоемкого монтажа последних в два ряда. Наиболее близким к изобретению по технической сувщости и достигаемому результату является ВД бесконтактный, содержащий ротор в виде ферритового кольцевого магнита, дис ковый статор с бескаркасны {и катушками многофазной обмотки якоря, расположенными между ротором и замыкателем магнитного потока ЗЗ. Ключи полупроводникового коммутатора управляются датчиком положения ротора. Применение катушек без сердечников и системы обратной связи по скорости и положению ротора позволяет обеспечить высокую равномер ность движения, но последняя остает ся и в этом случае не лучше 0,15%. Причиной этому является неравномерность намагничивания многополюсного ротора. Поэтому при использовании датчиков положения, чувствительные элементы кЪторых реагируют на величину индyкlI ии магнита, информация о неравномерности намагничивания последнего выдается в виде высокочастотных и субгармонических состав ляющих в составе ВЕ.КОДНОГО напряжения электропреобразовательного устройства. Последнее и порождает нера 7 Hobiepность движения носителя информации.При этом наиболее опасным являются субгармонические составляющие, не пoддaюш ecя демпфированию обычными средствами. Цель изобретения - повьшюние равномерности движения ротора в сверхтихоходном варианте исполнения путем преобладающего подавления субгармонических составляющих колебаний ротора, а также уменьшения амплитуды его колебаний, обусловленных высшими гармоническими составляющими питающего напряжения. Поставленная цель достигается тем, что в вентильном электродвигателе, содержащем индуктор, вьшолненный в виде ферритового кольцевого постоянного магнита, и якорь, обмотка которого, расположенная в воздуп ном зазоре между индуктором и замыкателем магнитного потока, подключена к выходу полупроводникового коммутатора, управляющее цеци которого связаны с выходом датчика положения ротора, на якоре размещен электропроводящий диск, разделенный прорезями на секторы, причем все секторы по внешней части электрически соединены перемычками, а по внутренней части электрически соединены секторы, одинаково расположенные по отношению к одноименным полюсам ротора. Для уменьшения амплитуды колеба НИИ ротора, обусловленных высшими гармоническими составляющими питающего напряже1(ия перемычки выполнены шириной, равной радиальной ширине кольцевого магнита. Для упрощения конструкции ширина перемычек может, быть равной радиальному размеру диска. На фиг. 1 представлена конструкция электропривода с электропроводящим диском на якоре; на фиг. 2 электропроводящий диск, разделенный на отдельные секторы; на фиг, 3 электропроводящий диск, в котором увеличена ширина перемьиек. Электропривод с ВД (фиг. 1) содержит ко1 1мутатор 1, предназначенньБ для преобразования напряжения сети в многофазное синусоидальное напряжение низкой частоты, которое подается на электродвигатель 2, т.е. на его многофазную обмотку 3 якоря 4, расположенного между ротором - ферритовым кольцевым магнитом 5 и замыкателем 6. Над обмоткой 3, обраще1Тной к ротору, расположена плата 7 с плоским электропроводящим диском Я например, из меди, изолированн 1м от катушек якоря немагнитным материалом платы. Размеры кольца диска 8 соот,ветствуют форме и размерам кольцевого магнита 5, к которому крепится носитель 9 информации.

Коммутатор 1 построен на полупроводниковых приборах и управляется устройством 10, в общем случае включающем генератор эталонной частоты и схему обработки сигналов, получаемых с датчиков 11 и 12 положения ротора и угловой частоты вращений соответственно, элементы которых расположены на плате 7.

Якорь электродвигателя 2 в общем случае представляет собой немагнитный диск 4, на поверхности которого прикреплены катушки 3 многофазной обмотки. К противоположным сторонам этих катуЕШк примыкает немагнитная плата 7.,

Электропроводящий диск 8-(фиг.2) может быть выполнен методом печатног монтажа. При этом он выполняется в виде секторов 13-15, изолированных друг от друга по части длины прорезями 16. Таким образом, электрическое соединение каждого сектора 13 с двумя соседними 14 и 15 осуществляется лишь на внешней части 17, у центра они соединены перемычками 18, про ходящими по обратной стороне диска 8 (перемычки показаны пунктирными лит ниями). Последние соединяют электрические секторы, расположенные идентично по отношению к полюсам одной и той же полярности (например, секторы 15 и 19). На фиг. 2 полюса магнита расположены как бы,над диском. Они обозначены N, S, N, S (приведена КОНСТРУК1ЩЯ для четырехполюсного двигателя). Электрическое соединение проводников с секторами осуществляется через отверстия 20 в плате 7 (показано на фиг. 2 точками).

Сектор 15 (фиг. 2) под одним северным полюсом соединен проводником 18 с сектором 19 под другим северным полюсом, причем, одинаково расположенным. Если северных полюсов будет четыре или больше, то отверстий 20 для связи будет четыре или более, т.е. электрически соединяться будет четыре или более секторов. Аналогично соединяются и другие секторы. Величина изоляционного промежутка по длине может быть различной, вплоть до исключения последнего (фиг. 3).

Привод работает следующим образом

Коммутатор 1, получая питание от сети, преобразует его в многофазное синусоидальное напряжение переменного тока частоты вращения ротора. Последнее обеспечивается за счет сигналов с чувствительных элементов датчика 11 положения ротора. Электрический ток, проходя по катушкам обмотки 3 якоря 4, взаимодействует с полюсами кольцевого магнита 5 При этом создается вращаюп;ий момент, разгоняю11№1й ротор до скорости вращения, соответствукнце частоте эталонного генератора устройства 10 управления. В дальнейщем скорость вращения поддерживается стабильной за счет обратной связи по скорости вращения через датчик 12, т.е. путем сравнения текущей частоты с эталонной и выработки соответствующего управляющего воздействия при расхождении указанных частот.

Демпфирование колебаний осуществляется за счет взаимодействия кольцевого магнита с токами в диске. При этом магнитные потоки пронизывают участки диска как непосредственно под кольцевым магнитом, так и в центре диска, где больще проходят потоки рассеяния.

Если магнитные потоки северных (южных) полюсов неодинаковы,что является распространенным недостатком намагничивания многополюсных кольцевых магнитов, то чувствительные элементы датчика 11 положения ротора сформируют сигналы на образование субгармонических составляющих токов и напряжений электропреобразовательного устройства 1. Последнее приведе к появлению низкочастотньсх колебаний ротора. Эти колебания обусловят наведение ЭДС во всех секторах.Появятся токи только в замкнутых контурах: сектор под полюсом с более сильным на магничиванием,внешняя часть диска,сектор под полюсом той же полярности, но с более слабым намагничиванием, соединительный проводник на обратной стороне диска. На фиг. 2 один из таких путей показан стрелками.

Взаимодействуя с полюсами, наведенные токи создадут демпфирукиций

1. ВЕНТИЛЬНЫЙ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЬ, содержащий индуктор, выполненный в виде кольцевого постоянного магнита, и якорь, обмотка которого, расположенная в воздушном зазоре между индуктором и замыкателем магнитного потока, подключена к выходу полупроводникового коммутатора,управлякяцие цепи которого связаны с выходом датчика положения ротора, отличающийся тем, что, с целью повьшения равномерности движения, на якоре размещ ен электропроводящий диск, разделенный прорезями на секторы, причем все секторы по внешней части электрически соединены перемычками, а по внутренней части электрически соединены секторы, одинаково расположенные по отношению к одноименным полюсам ротора. 2.Электродвигатель по п.1, отличающийся тем, что, с целью повышения равномерности движения путем уменьшения амплитуды колебаний ротора, обусловленных высшими гармоническими составляющими питающего напряжения, перемычки выполнены шириной, равной радиальной ширине кольцевого магнита. 3.Электродвигатель по n.t, отличающийся тем, что, с целью упрощения конструкции, перемычки вьшолнены шириной равной радиальному размеру диска. 4 7ЛГТПРз I в Г