Вентильный электродвигатель Советский патент 1989 года по МПК H02K29/06 

СП

О 4 4

О)

Изобретение относится к моментным электродвигателям с управлением по положению ротора с помощью специальных электронных устройств. Оно может быть использовано, например, в звукозаписывающей аппаратуре, в самопишущих приборах. Целью изобретения является повышение энергетических показателей вентильного электродвигателя. Электродвигатель содержит электромеханический преобразователь 1, коммутатор 2, формирователь 4 двоичного кода положения ротора и преобразователь 5 двоичного кода в ступенчатое напряжение. Число различных состояний двоичного кода формирователя и число ступеней выходного напряжения преобразователя при повороте ротора от любого положения, соответствующего коммутации секций, до другого положения, соответствующего очередной коммутации секций, больше единицы. Выходы формирователя 4 соединены с входами преобразователя 5, выход этого преобразователя связан с клеммами питания инвертора непосредственно или через линейный усилитель 6. Также предложены особенности выполнения преобразователя двоичного кода в ступенчатое напряжение и формирователя двоичного кода положения ротора, обеспечивающие неодинаковые угловые размеры различных ступеней выходного напряжения преобразователя. 2 ил.

Фиг.

1504746

электромеханический преобразователь , коммутатор 2, фop шpoвaтeль 4 двоич- його кода положения ротора и преобразователь 5 двоичноз о кода в ступенчатое напряжение Число различных состояний двоичного кода фop a poвaт.eля и число ступеней выходного напряжения преобразователя при повороте ротора от любого положения, соответствующего коммутации секций, до другого положения, соответствующего .очеред- ной коммутации секций), больше единиИзобретение относится к бесконтактным электрическим машинам посто- я тшого тока, в частности к электро- двнгателям;, а именно к моментным , электродвигателям с угфавлением по положению ротора от специальных элек Tpoi-шых устройств, т,.е. к вентиль- электродвигателям (БД) и может быть использовано, например, в звукозаписывающей аппаратуре и в самопишущих приборах.

Цель изобретения - повьшение. энер- гетических показателей вентильного электродвигателя путем уменьшен 1я, глубины изменения напряжения питания

На фиг. изображен вентильный электродвигатель (ВД), общий вид;

на фиг.2а - сигналы формирователя кода (ФК); на фиг.26 - напряжение питания инвертора; на фиг.2в - зависимости вращающего момента ВД от угла Cf поворота ротора относительно статора 1гри Tftn-ai-iKH инвертора постоянны. напряжением (прерывистая лишш) к ступенчатым напряжением {сплошная

Бентильньш электродвигатель содершгг ротор 1 с полюсами, статор с якорной обмоткой, число .секций которой может быть любым и выводы которой обозначены через Л,В и G, инвертор 2, выполне1шый с возможностью коммутации секций при повороте ротора, устройство 3 управления инвертором по положению ротора, формирователь 4 двоичного кода положения рото ра (ФК)5 преобразователь 5 двоичного кода в ступенчатое напряжение (ПК) и линейный усилитель 6. Входы ПК 5 соединены с выходами ФК 4. Выход ПК 5 соединен со входом усилителя 6.

цы. Выходы формирователя 4 соединены с входами преобразователя 5, выход этого преобразователя связан с клеммами питания инвертора непосредствен но или через линейный усилитель 6 Таклге предложены особенности выполне-- ния преобразователя двоичного кода в ступенчатое напряжение и формирователя двоичного кода положения ротора, обеспечивающие неодинаковые угловые размеры различных ступеней выходного напряжения преобразователя. 2 ил.

5

о

0

5

0

5

Выход усилителя 6 соединен с клемма- ми + и - питзйия инвертора 2,

Усилитель 6 может быть выполнен в виде эмиттерного повторителя (усилителя тока), а может и отсутствовать. В последнем случае выход ПК 5 должен быть соединен с клеммами питания инвертора 2.

ФК 4 имеет следующие особенности. Число N различных состояний двоичного кода на его выходе при повороте ротора на угол ( от любого положения, соответствующего коммутации секций, до другого положения, соответствующего очередной коммутации секций, больше единицы. Оно может быть равным или большим требуемого числа п ступеней выходного напряжения ПК 5 при повороте ротора на угол ц , но также может быть на единицу меньше числа п. ФК 4 может быть выполнен, например, в виде поворотных сигнальных элементов, число которых равно числу коммутации секций обмотки при повороте ротора на 360°, и неподвижных чув- ствительнь1х элементов, число которых

п-1 равно где п - нечетное число.

При этом угловой размер /э сигнальных элементов и сдвиг у.( у, -у , fj i-ro чувствительного элемента относительно первого элемента соответствуют требуемрй конфигурации выходного напряжения ПК 5. ФК 4 может быть выполнен также в виде преобразователя угла в классический двоичный код: простой (обычный), код Грея и т.п. Он может быть совмещен с датчиком положения ротора, входящего в состав устройства 3.

ПК 5 выполнен с возможностью формирования напряжения со следующими

особенностями. Число ступеней п выходного напряжения на периоде его по- вторещ1я, равном углу V поворота, нечетно. Оно может быть равно или меньше числа N. Уровень и угловой размер ступени с порядковым номером k, меньшим --- , равны соответственно уровню и угловому размеру ступени с порядковым номером (n+1-k), В этом случае возможно соотношение N+1. Угловые размеры различных ступеней могут быть различны. В частJ50

Сдвиг i-ro чувствит относительно первог

ности, угловой размер ,2,3,,.. ,)5 ветствует выражению

..«il.- - .1

п+1

-J- ступени с порядковым номером k,

- п-И -..

меньшим -г-, равен углу поворота от

его положения, которому соответствовал вращающий момент М„ при питании инвертора от источника с неизменяемым уровнем напряжения:

М1-1С±11

м --м / мин,,г +1/1%

Мнк Му««кс(

маке

ДО положения, которому соответствовал вращающий момент при том же

к

г

2

о1- + R-

20

где R - любое целое 1 23 L/:.,-,..., „

of, - угловой раз , пени напряж Предрагаемый ФК и аналогичную конструк

25 ных датчиков положен отличается от нее ч размером сигнальных .гом между различными элементами. Тип ФК м

овии:

М

к

М )

MOIKCV«)

МОЧСС

1-7Кh-H

(2)

де М и М - соответственно макси-

MOHt мин

мальный и.минимальный вращающие моменты при питании инвертора от источника с неизменяемым уровнем напряжения, т.е. моменты на межкоммутационном интервале угловой характеристики.

При этом уровень UK.(k 1 ,2,3,...,

п+1. -2-)

ступени с порядковым номером k п+Г 2

меньшим или равным лен напряжению гк

пропорционаи,

М.

(1+1

- 1

) - . (3)

. М aкc

ПК 5 может быть выполнен и с одинаковым угловым размером всех или части ступеней выходного напряжения. Но в этом случае пульсация вращающего

момента, хотя и, уменьшится по сравне- 55 пеней, равным п,например в напряже- нию с пульсацией у известного ВД, все/

ние, изображенное на фи1 .2б (n N-t-li 7). Указанное напряжение подается или непосредственно на клеммы питания инвертора или на вход усилителя

же будет больше,, чем при неодинаковых угловых размерах ступеней выходного элементов.

о-ттJ504746 6

ФК 4 может быть выполнен в виде сигнальных элементов, число которых равно числу коммутаций секций обмот

ки при повороте ротора на 360 , и неподвижных чувствительных элементов,

число которых равно -г- . Угловой

размер ft сигнальных элементов соответствует выражению

. /1 V- ё л- (5)

i

Сдвиг i-ro чувствительного элемента относительно первого элемента -у. соответствует выражению

1

г

к

г

2

о1- + R- V

(6)

0

где R - любое целое число;

L/:.,-,..., „ ,

of, - угловой размер первой, сту- , пени напряжения ПК 5. ... Предрагаемый ФК имеет конструкцию,- аналогичную конструкции традицион5 ных датчиков положения ротора БД, но отличается от нее числом, угловым размером сигнальных элементов и сдви- .гом между различными чувствительными элементами. Тип ФК может быть любым,

0 как и тип традиционных датчиков положения ротора (например, индуктивный, емкостный фотоэлектрический и т.д.)

Вентильный электродвигатель работает следующим образом.

При вращении ротора относительно статора инвертор периодически коммутирует секции якорной обмотки по сигналам устройства управления инвертором, а ФК формирует двоичный код с числом различных со-етояний, равным N, например, в виде трех электрических сигналов а, а, изображенных на фиг.2а. Для указанной фигуры чис5.ло N равно 6, а различные состояния кода описываются логическими выражениями , а.а.,, а -а , а - а, и а. а...Любое из состояний кода периодически повторяется, причем

0 период повторения хотя бы одного состояния равен межкоммутационному интервалу - углу ф поворота ротора. ПК преобразует двоичный код в ступенчатое напряжение с числом сту5

0

пеней, равным п,например в напряже-

ние, изображенное на фи1 .2б (n N-t-li 7). Указанное напряжение подается или непосредственно на клеммы питания инвертора или на вход усилителя

(например - эмиттерного поБторителя) работающего в классе В. Выходное на- Иряжение усилителя является напряже- Нием питания инвертора. Оно всегда близко в напряжению питания самого усилителя благодаря относительно йебольшому отношению максимального « нимального значений выходного на- ряжения ПК. Поэтому потери энергии усилителе относительно небольшие

р.ормула изобретения

Вентильный электродвигатель, содер-15 угловой размер cf ступени с поряд сащий ротор, статор с обмотками яко- )Я, подютюченной к выходу инвертора, шравляющие цеш которого связаны с зыходом датчика положения ротора че- )ез функциональный преобразователь, служащий для преобразования выходно- :-о сигнала датчика положения, сформи- )ованного в двоичном коде, в периоди- есш-5й ступенчать й сигнал с нечетным k большим едиши , числом п ст шеней |на периоде повторения сигнала, уро- ень и угловой размер ступени с по-, |)ядковым -номером К, меньшим

I

20

ковым номером k , меньпмм , равен

углу на межкоммутационном интервале угловой характеристики между М f, и М

1 , - определяемыми выражениями

М

f

НК макс VM ,

И MdKC

М

М

kK

М

WotKf

25

с.м

макс

1-1К1тИ

равны соответственно уровню и

Д м«кс мин .соответственно максимальный и минимальный вращающие моменты на угловой характеристике.

8

размеру ступени с порядковым номером n+1-K, отличающийся тем, что, с целью повышения энергетических показателей двигателя, функциональный преобразователь выполнен с возможностью формирования уровня ступени напряжения с порядковым номером k, меньп-И

г- , пропорциональшим или равным --ным выражению М

гк

п + 1

и. (

М

Make

0

ковым номером k , меньпмм , равен

углу на межкоммутационном интервале угловой характеристики между М f, и М

1 , - определяемыми выражениями

М

f

НК макс VM ,

И MdKC

М

М

kK

М

WotKf

5

с.м

макс

1-1К1тИ

м«кс мин .соответственно максимальный и минимальный вращающие моменты на угловой характеристике.