Вентильный электродвигатель Советский патент 1987 года по МПК H02K29/06 

Изобретение относится к электрическим машинам с бесконтактной коммутацией секций якорной обмотки, в частности к ниэкоскоростным бесконтактным двигателям постоянного тока - вентильным электродвигателям (ВД) с повышенной равномерностью вращения вала (моментным ВД), может быть использовано, например, в звукозаписы- вающей и звуковоспроизводимой аппаратуре особенно эффективно, когда информация о положении вала ВД вырабатывается в виде двоичного кода, что характерно для цифровых следя- щих систем, и является усовершенствованием изобретения по авт. св. № 1270846.

Цель изобретения - повышение надежности работы ВД.

На фиг.1 изображена электрическая схема ВД; на фиг.2 - циклограммы вых одных сигналов устройства управления инвертором (УУИ) и дополнительных логических элементов И нафиг.З- параллельное соединение дополнительных секций; на фиг.4 - последовательное соединение дополнительных секций; на фиг.5 - активная часть ВД с дополнительными секциями якорной об- мотки.

ВД состоит из якоря с несимметричной четырехсекционной лучевой обмоткой с выводами А, В, С, D и О, подключенной к выходу коммутатора, соб- ранного на ключевых элементах (тран- зист.орах) 1-8, индуктора (ротора) 9, инвертора 10, датчика 11 положения ротора (ДПР), функционального преобразователя (ФП) 12. Инвертор (комму- татор) подключен к источнику 13 постоянного тока. К источнику 13 подключены также дополнительные ключевые элементы (транзисторы) 14 и 15. Их входы соединены с выходами двух логических элементов И. Входы одного элемента И соединены с входами транзисторов 6 и 7, а входы другого - с входами транзисторов 2 и 3 инвертора Между общим выводом секций обмотки О и общим выводом транзисторов 14 и 15 включен токоог-раничивающий элемен 16,.выполненный либо в виде дополнительных секций якорной обмотки, либо в виде пассивного двухполюсника (дросселя, резистора).

Активная часть ВД, где непосредственно развивается электромагнитная мощность, состоит из индуктора (ротора) и якоря (фиг.5), Индуктор изображен двухполюсным, СОСТОЯПЦ1М из маг нитомягкой втулки 17 и полюсов 18 - постоянных магнитов. Угловой размер полюсной дуги - не менее 135. Якорь (фиг.5) содержит беспазовый (гладкий) магнитопровод 19 и диаметральную обмотку, уложенную на внутренней поверхности магнитопровода в восьми условных пазах. Возможна зубцовая конструкция якоря, причем зуцы скошены на одно зубцовое деление. Секции с выводами А и D уложены отдельно от других секций. Секции с выводами В и С уложены в тех же условных пазах, что и полусекции 20 и 21 с выводами F, G соответственно. Полусекции 20 и 21 занимают меньшую, примерно пятую, часть площади пазов, в которых они размещены, так как работают одновременно и вдвое меньше, чем остальные секции. Вторая, третья четвертая, пятая и шестая секции - соответственно на 90. 135, 225. 90 и

Пwry

135.

Начала секций обмотки обозначены А, В, С, D, F, G, концы секций - X,J

Y, Z, W, V, Q, их общая точка - буквой О. Все выводы обмотки изображеньь напротив соответств.тощих секций ВД без дополнительных секций - только секции А, В, С, D, ДПР и ФП согласованы с активной частью ВД таким образом, что точка нуль на фиг.2 соответствует положению ротора индуктора относительно якоря, изображенному на фиг.5.

ВД работает следующим образом.

В результате взаимодействия ротора с якорем ротор вращается против часовой стрелки и с ФП на тр анзисто- ры 1-8 поступают сигналы управления b.-b.. , а с логических элементов И на транзисторы 14 и 15 - сигналы Ь и Ьу (фиг. 2 и 3, индексы при сигналах b соответствуют номерам транзисторов, которые управляются этим сигналом). При этом обеспечивается постоянный вращающий момент как при наличии дополнительньпс секций якорной обмотки, так и при отсутствии.

Дополнительные полусекции могут быть соединены параллельно (фиг.З) или последовательно (фиг.4). Соответственно этому отношение сопротивления полусекции к сопротивлению (основной) секции должно быть равно в перво случае удвоенному отношению числа

31328889

витков пятой или шестой секции к числу витков первой секции плюс единии

чающийся тем, что, с целью повышения надежности, в двигатель дополнительно введены пятая ветвь инвертора, образованная последоваца, а во втором - отношению v числа витков пятой или шестой секции к числу витков первой секции плюс четверть е тельно соединенными девятым и десятым единицы. Конкретные значения г и v зависят от отношения j- обьема дополнительной секции к объему первой секэлемента И и токограничивающий элемент, токоограничивающий элемент подключен между общей точкой секции и общей точкой девятого и десятого ключевых элементов, управляющий вход девятого ключевого элемента связан с выходом логического элемента И, входы которого подключены к управляющим входам шестого и седьмого ключевых элементов, управляющий вход десятого ключевого элемента . подключен к выходу логического элемента И, входы которого связаны с входами второго и третьего ключевых элементов .

ции. Если приближенно считать, что

V

-у«- , то в первом случае , v V 3 во втором ,25,

,5(f+j+Y).

В частности, при ,25 в первом случае ,809, ,618, а во втором ,4045, ,6545.

ВД с дополнительными полусекциями имеет более сложную якорную обмотку, но больший КПД благодаря тому, что не содержит пассивного токоогра- ничивающего элемента (например, резистора или дросселя в силовой цепи)

При одновременной работе двух секций, соединенных последовательно, вращающий момент ВД равен c-U W/R, где R и W активное сопротивление и число витков одной из основных секций i и - напряжение питания, с - коэффициент пропорциональности (падением напряжения на ключевых элементах пренебрегаем). При работе второй и третьей секций совместно с пассивным элементом, имеющим активное сопротивление 0,5R, вращающий момент , равен: cUW/(0,5R+0,5R)cU-W/R. При работе второй и третьей секций сов- местно с полусекциями вращающий мо- мент для параллельного соединения (полусекций) равен: 2. с U(W+Wp/(R+ +Ra)C U-W/R, а для последовательного соединения сU(W+2W)/(О,5R+2R ) c-U-W/R, где Wft и R число витков и активное сопротивление одной дополнительной .полусекции.

Таким образом, при вращении ротора обеспечивается постоянство враща- кицегося момента ВД, При этом ВД не содержит сложного конвертора со средней точкой выходного напряжения, имеющегося в известном ВД. Такие ВД мо гут легко управляться от трехразрядного двоичного кода, так как фронты сигналов этого кода совпадают с фронтами требуемых выходных сигналов УУИ

Формула изобретения

1. Вентильный электродвигатель по п.З авт. св. № 1270846, о т л и

4

чающийся тем, что, с целью повышения надежности, в двигатель дополнительно введены пятая ветвь инвертора, образованная последовательно соединенными девятым и десят

е тельно соединенными девятым и десятым

0

5

0

элемента И и токограничивающий элемент, токоограничивающий элемент подключен между общей точкой секции и общей точкой девятого и десятого ключевых элементов, управляющий вход девятого ключевого элемента связан с выходом логического элемента И, входы которого подключены к управляющим входам шестого и седьмого ключевых элементов, управляющий вход десятого ключевого элемента . подключен к выходу логического элемента И, входы которого связаны с входами второго и третьего ключевых элементов .

2.Электродвигатель по п.1, о т- личающийся тем, что, токоограничивающий элемент выполнен в виде пассивного двухполюсника, сопро5 тивление которого равно половине сопротивления одной секции.

3.Электродвигатель по п.1, отличающийся тем, что токоограничивающий элемент выполнен в

0 виде двух полусекций обмотки якоря, уложенных так, что ось намагничива- щей силы одной из них совпадает с осью намагничивания силы второй секции, ось другой полусекции - с осью

намагничивающей силы третьей секции, полусекции электрически соединены мезвду собой, образуя дополнительную секцию, сдвинутзто относительно первой секции на угол 292,5 эл.град.

4.Электродвигатель по п.З, о т- личающийся тем, что полу-, секции соединены параллельно, а их сопротивления и числа витков удовлетворяют соотношению

,

0

5

R

W

где W

50

Г

W, R

55

число витков и активное сопротивление полусекции;

число витков и активное сопротивление основной секции.

5. Электродвигатель по п.З, о т- личающийся тем, что полусекции соединены последовательно, а их сопротивления и числа витков удовлетворяют соотношению

Jj. R W 4

Фиг. 2

Изобретение относится к электрическим машинам с бесконтактной коммутацией секций якорной обмотки. Целью изобретения является повышение надежности работы. Изобретение является дальнейшим развитием изобретения по а.с. № 1270846. Двигатель содержит якорь с обмоткой, подключенной к выходу коммутатора, собранного на ключевых элементах 1-8, индуктор 9, инвертор 10, датчик 11 положения ротора, преобразователь 12. Инвертор подключен к источнику постоянного тока 13, к которому подключены дополнительные ключевые элементы 14 и 15, входы которых соединены с выходами двух логических элементов И. Входы одного элемента И соединены с входами ключевых элементов 6 и 7, а входы другого - с входами ключевых элементов 2 и 3 инвертора. Между общим выбором секций обмотки и общим выводом ключевых элементов 14 и 15 включен токоограничиваюпщй элемент 16, выполненный в виде дополнительных секций якорной обмотки. Двигатель имеет более высокую надежность за счет отсутствия в нем пассивного элемента, что позволяет управлять двигателем от трехразрядного двоичного кода. 4 з.п. ф-лы, 5 ил. сл 1Ч

О F

orwФиг.5

ФигЛ

W

fS

G

f fSzi

Редактор В.Петраш

Составитель А.Санталов Техред М.Двдык

Заказ 4524Тираж 659Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

«.«««.««-.«---« -«« -.« -- - ---«-.-«-- V. «.««. «...Х ««.„„..«.

Производственно-полиграфическое предприятие, г,Ужгород, ул,Проектная,4

Фиг. 5

Корректор Н.Король