Бесконтактный двигатель постоянного тока с катящимся ротором Советский патент 1990 года по МПК H02K41/06 

//

Л db

fe 13

Изобретение относится к электротехнике и может использоваться в качестве управляемого по частоте вращения исполнительного тихоходного двигателя автоматических систем. Цель изобретения состоит в расширении эксплуатационных возможностей путем изменения частоты вращения. Четыре зоны 11-14 обмотки двигателя включены попарно-последовательно в коллекторные цепи транзисторов 15,16. Последовательно с зонами включены первичные обмотки насыщающегося трансформатора 19, вторичная обмотка которого выполнена с ответвлениями, подключенными через переключатель 22 к базе транзистора 16. Переключение ответвлений изменяет число витков вторичной обмотки и длительность полупериода коммутации. 3 ил.

12

14

Изобретение относится к электрома- шиностроенню, а именно к специальным электрическим машинам, и предназначено для использования в качестве ре- гулируемого по частоте вращения исполнительного тихоходного электродвигателя автоматических систем с питанием, от аккумуляторных батарей.

Цель изобретения - расширение .эксплуатационных возможюстей путем Изменения частоты вращения. I На фиг.1 показан двигатель, раз- |рез; на - развертка обмотки дви |гателя; на фиг.З -; электросхема уп- |равления двигателем. : Двигатель состоит из опорного фланца 1, внутри которого расположен рабочий вал 2, вращающийся в подшип- ;никах 3. На фланце размещены элементы |4 эластичной подвески статора 5 с Ьбмоткой 6. Ротор двигателя выполнен в виде тонкостенного нешихтованного ферромагнитного кольца 7, прикрепленного с помощью элементов 8 эластичной подвески ротора к поводку 9. Поводок 9 жестко соединен с рабочим валом 2, подшипники которого 3 зажаты крьш1кой 10.

Обмотка 6 статора двигателя состоит их четырех зон 11 - 14, смещенных в пространстве на 90 одна отно - 1сительно другойо Каждая зона выполне- на с расщеплением магнитного потока, для чего на каждом зубце статора раз- Смещены катушки, соединенные между собой последовательно.

Пары смежных зон 11-14 соединены последовательно. Одни одноименные концы полуобмоток подключены к отрица- тельному полюсу источника питания, а другие - к коллекторным обмоткам транзисторов 15 и 16, работающих в ключевом режиме. Коммутатор образуют два транзистора 15, 16 и два кон- денсатора 17,18, включаемых парал лельно зонам 12,14 или 11,13 соответственно.

Начало и конец базовой обмотки i трансформатора 19 через диоды 20,21 подключены к положительному полюсу источника питания и одновременно к базам транзисторов 15 .,16, причем баз одного из транзисторов соединена с ответвлениями вторичной обмотки чет рез переключаетль 22, которйй позво ляет изменить число витков базовой обмотки. В результате-изменяются коэффициент трансформации wj/w, пере

,-

5 0 5

0

0

5

пад ИНДУК1ЩИ ДВ и частота автоколебаний. Насьш(акшщйся трансформатор 19 имеет две разные первичные обмотки, которые порознь включены в коллектор ные цепи транзисторов 15 и 16 послед вательно с их нагрузкой,

Бесконтактный электродвигатель с катящимся ротором работает следующим образом.

При подключении двигателя к источнику питания оба транзистора 15,16 . оказываются под напряжением и по их коллекторным цепям начинают протекать неуправляемые токи коллекторных переходов. Так как сопротивления коллектор-эмиттер R не могут быть абсолютно одинаковыми, то их коллекторные токи окажутся различными и, следовательно, магнитодвижущие силы коллектор ных (первичных) обмоток трансформатора 19 (фиг.З) также различны.

В результате неравенства встречно действующих магнитодвижущих сил создается магнитный поток в сердечнике трансформатора, который индуцирует во вторичной (базовой) обмотке ЭДС, направленную так, что к базе транзистора, через который первоначально протекал ток (например. 15), будет приложено отрицательное напря: ение, . а к базе транзистора, через который при включении протекал меньший ток (например 16)J - положительное напряжение . Это приводит к еще большему увеличению тока коллектора транзистора .15 и запиранию транзистора 16. В результате транзистор 15 полностью, открьшается и его коллекторный ток увеличивается, что вызывает нарастание магнитного потока в сердечнике трансформатора 19. В начале первого полупериода колебаний ток протекает по зоне 12. Зона 11 первоначально шунтирована конденсатором 17. К концу первого полупериода конденсат.ор 17 полностью заряжается, в зоне 11 ток возрастает до максимума.

Транзистор 15 будет открыт до тех пор, пока магнитный поток в сердечнике трансформатора не достигнет величины насьш ения. Так как в этот момент скорость изменения магнитного потока становится равной нулю (или очень малой), то ЭДС в обмотках трансформатора 19 также станет равной нулю. Уменьшение токов в обмотка::, происходящее при этом, вызьшает появление

10

20

в обмотках ЭДС противоположной полярности.

Теперь вторичная обмотка трансформатора 19 создает на базе транзистора 16 отрицательное напряжение по отношению к эмиттеру, что приводит к отпиранию этого транзистора. Процесс протекает лавинообразно и очень быстро приводит транзистор 16 в режим на- сьпцения. Таким образом, во втором полупериоде транзистор 15 заперт, транзистор 16 открыт.

Первоначально возбуждается зона 14, а зона 13 шунтирована конденсатором г 18. Конденсатор 17 в это время разряжается на обмотку зоны 11, поддержи- вая в ней ток К концу второго полупериода конденсатор 18 полностью заряжается возбуждается зона 13,

Коммутирздащие конденсаторы 17 и 18 позволяют использовать двухтактный преобразователь постоянного тока как четырехтактную схему. За период колебаний последовательно возбуждаются зоны 12,11,14 и 13. Реверс достигается переключением конденсаторов 17 и 18 параллельно другой паре зон двигателя.

Диоды 20 и 21 шунтируют участки эмиттер-база транзисторов 15,16 и спбсо1бствуют надежному удержанию запертого транзистора в закрытом состоянии. Одновременно они служат защитой от пробоя переходов база-эмиттер при перенапряжениях.

При использовании изобретения обеспечивается возможность п-кратного изменения частот вращения при неизменном вращающем моменте за счет того, что база одного из транзисторов подключена к ответвлениям вторичной оботки через переключатель, число от25

30

J5

40

10

0

г

5

0

5

0

ветвлений равно числу различных частот вращения, отношение наибольшей к наименьшей из которых равно п.

Кроме обеспечения возможности п-кратного изменения частот вращения при неизменном вращающем моменте, двигатель имеет и другие преим тц ств.-. а именно: уменьшены объем меди при изготовлении единой базовой обмотки и габариты трансформаторов тока; повьшген КПД трансформатора.

Проведены испытания опытного образца электродвигателя, которые показали, что возможно четырехкратное изг менение частот вращения при неизменном вращающем моменте.

Формула изобретения

Бесконтактный двигатель постоянного тока с катящимся ротором, содержащий статор с обмоткой, разделенной на четьфе равные зоны, коммутатор, выполненный в виде трансформатора и двух транзисторных ключей, к каждому из которых подключены две последовательно соединенные смежные зоны, параллельно одной из которых подклю - чей конденсатор, две равные первичные обмотки трансформатора включены последовательно в коллекторные цепи транзисторных ключей, базы которых соединены через диоды с эмиттерами и связаны с вторичной обмоткой трансформатора, отличающийся тем, что, с целью расширения эксплуатационных возможностей путем изменения частоты вращения, введен переключатель, а вторичная обмотка v трансформатора снабжена ответвлениями, связанными через переключатель с базой одного из транзисторных ключей.

fPaz. 1