Вентильный электродвигатель Советский патент 1993 года по МПК H02K29/06 H02K29/14 

Изобретение относится к области электротехники, а именно к разделу бесколлекторных электрических машин постоянного тока, и может быть использовано в электроприводе дисковых запоминающих устройств, магнитофонов, проигрывателей.

Известен вентильный двигатель, содержащий Статор с якорной рбмоткой и враща ющийся индуктор, состоящий из стального ярма, к которому приклеены четыре постоянных магнита, а к последним приклеены полюсные наконечники. К одной торцовой поверхности индуктора прикреплена система подмагничивания датчика положения ротора, состоящая из двух секторных магнитных шунтов и двух концентрических дуг. Датчик положения ротора укреплен на специальной пластмассовой крышке и состоит из замкнутого магнитопровода, на котором размещены первичная и вторичная обмотки. Последняя через блок управления в зависимости от положения ротора открывает ключи коммутатора, к которому подключена обмотка якоря.

Двигатель i отличается, конструктивной и технологической сложностью. Кроме того, у него отсутствует тахометрическая обмотка, ив случае его использования о автоматизированном электроприводе необходим дополнительный тахогенератор, что приводит к еще большему усложнению и увеличению осевой длины.

Известен также вентильный двигатель, состоящий из статора с m-фазной якорной обмоткой, подключенной к сети через полупроводниковый коммутатор, и вращающего индуктора. На статоре расположён датчик положения ротора, выполненный в виде ферромагнитного экрана, к которому против торцовой поверхности индуктора прикреплены m разомкнутых ферромагнитных сердечников с двумя обмотками на каждом. Эти обмотки попарно соединены по дифференциальной схеме с однополупериодным выпрямлением и подключены к высокочастотному источнику напряжения через резистор, с которого снимается сигнал о положении ротора, и электронный ключ.

ел

С

Двигатель содержит m инверторов, m электронных нуль-органов, через которые сигнал о положении ротора подается на управляющие цепи коммутатора, а также дифференциатор, интегратор и компаратор.

Двигатель имеет ряд существенных недостатков, связанных с тем, что на выходе датчика положения ротора имеются два сигнала одинаковой частоты, но сдвинутых друг относительно друга на 180°: сигнал о положении роторалне; изменяющийся по ве- л ичин за виси мости от астоты в ра ще н ия; , сигнал ЭДС вращения, величина которого изменяется в зависимости от частоты вращений. . : ..-. ,

При малой частоте вращения, когда ЭДС вращения ничтожно мала, каждый из m нуль-органов (компараторов) выдает прямоугольный импульс длительностью а 180°. Так как при m -З.эти импульсы сдвинуты друг относительно друга на 120°, то. через каждые 60° происходит коммутация ключей коммутатора, . межкоммута- дйонный период «к, в течение которого ротор .повбрачивается от некоторого минимального угла в между осями МДС я Шря F и магнитногб потока Ф до максимального 02 без коммутаций в секциях (фазах) обмотки якоря, также равен Сб°. Тако й межкоМму тационный период является идеальныим при трехфазной мостовой схеме коммутато -;ра,;::-. ;; .;;:.. ..;. . / ; .

. По мере увеличения частоты вращения ЭДС вращения увеличивается, поэтому ре-, зультирующий сигнал на выходе датчика положения ротора .уменьшается. Так как пороговое напряжение нуль-органа неизменно, то в этом случае его импульс появляется позже и исчезает раньше, чем при. отсутствии ЭДС вращения, т.е., длитель- ; н.ость импульса нуль-органа уменьшается по мере увеличения частоты вращения. Это приводит к увеличению 6 и уменьшению , в результате чего средний момент уменьшается, а пульсация момента увели- ч ивается, Следовательно, увеличивается и неравномерность вращения.

.Вследствие уменьшения м-омента уменьшается отдаваемая двигателем мощ ность при практически неизменных потерях, т.е. КПД двигателя уменьшается. Таким образом, из-за вредного влияния ЭДС вращения.на работу нуль-органа, следовательно, и коммутатора ухудшаются технико-экономические показатели двигателя: уменьшается КПД; увеличивается объем двигателя на единицу момента (мощности при заданной частоте вращения).

При определенной частоте вращения , а средний момент равен 0, т.е. двигатель становится вообще неработоспособным. Чтобы обеспечить работоспособность

двигателя в этом случае, в прототипе имеется возможность перехода на управление коммутатором по сигналу ЭДС вращения, для чего предусмотрены m инверторов, электронный ключ, дифференциатор, ин0 тегратор и компаратор, что приводит к значительному усложнению и снижению надежности. ..

Кроме указанных недостатков, двигатель, не может быть использован в автома5 тизированном электроприводе из-за отсутствия сигнала, пропорционального частоте вращения.

Целью изобретения является увеличение надежности.

0 Цель достигается тем, что в электродвигателе, содержащем статор с m-фазной обмоткой, соединенной с сетью через полупроводниковый коммутатор, ротор с постоянными магнитами, m разомкнутых

5 ферромагнитных сердечников с наконечниками, расположенных по окружности вблизи его торцовой поверхности, каждый из сердечников соединен с кольцевым магни- топроводом, между ними установлен магни0 точувствительный элемент, а на кольцевом магнитопроводе размещена тахометрйче- ская обмотка. . . На фиг.1 показан вентильный электродвигатель, продольный разрез; на фиг.2 5 разрез А-А на фиг.1 для трехфазного двухполюсного электродвигателя. .., . .

Вентильный электродвигатель сострит из корпуса 1, .подшипниковых щитов 2 и 3, вала 4, вращающегося в подшипниках 5, с

0 индуктором б, статора 7 с обмоткой якоря 8, подключенной к коммутатору (не показан), ферромагнитных сердечников 9, расположенных вблизи торцевой поверхности ротора и сдвинутых друг относительно друга на

5 120 эл.град. стержней 10 с магниточувстви- тельным элементом 12, например, датчиком Холла, ярма 13с тахометрической обмоткой 11, установленного на плате 14, служащей одновременно и для выполнения

0 электрических соединений. Тахометриче- ская обмотка 11 может быть размещена и на Стержнях 10. Сердечники 9, стержни 10 и ярмо 13 образуют специальный магнито- провод для магнитного потока рассеяния,

5 вид которого для тр.ехфазной деухполюсной машины в сечении показан на фиг.2. Этот магнитопровод может быть выполнен прессованным из магнитного материала с повышенным удельным электрическим со- протирлением с целью уменьшения потерь

на вихревые токи. При любом числе пар полюсов (р 1,2,3,4,...)длина дуги сердечников 9 не должна превышать 2/3 полюсного деления.

Работа двигателя происходит следующим образом.

Магнитный поток индуктора 6, выходящий с его цилиндрической поверхности (основной поток), взаимодействуя с трком Обмотки якоря 8, создает вращающий момент. Магнитный поток, ЁЫХОДЯЩИЙс торцевой поверхности индуктора 6 (поток рассеяния), собирается в сердечнике 9, расположенном против данного полюса, и через стержня 10, ярмо 13 и другие сердечники 9 проходит к полюсу противоположной полярности. При вращении ротора каждый из сердечников 9 перемещается в магнитном поле, поэтому магнитный поток в них, следовательно, и в стержнях, изменяется. Благодаря этому в обмотках 11, расположенных на ярме или на стержнях, наводятся ЭДС, пропорциональные частоте вращения и сдвинутые друг относительно друга по фазе, а в магниточувствительных элементах 12 появляется сигнал, изменяющийся в зависимости от положения ротбра. Сигналы этих элементов сдвинуты по фазе соответственно пространственному сдвигу сердечников 9 и могут быть использованы для управления работой коммутатора.

Соединение сердечников с кольцевым магнитопроводОм, установка между ними магниточувствительных элементов и разме;

щение тахометрической обмотки на кольцевом магнитопроводе обеспечивает независимость сигнала о положении ротора и тахиметрического сигнала друг от друга.

Благодаря этому ЭДС вращения не оказывает вреднего влияния на работу коммутатора. Кроме того, существенно упрощается функциональная схема (отпадает надобность в m инверторах, электронном ключе, интеграторе, дифференциаторе, компараторе и источ- нике высокочастотного питания), следовательно, увеличивается надежность. При этом упрощается и конструкция собст- .венно двигателя в связи с отсутствием магнитного . Наличие независимого сигнала ЭДС вращения позволяет использовать его для контроля или регулирования частоты вращения.

Формула изобретения

В ентил ь н ы и э л е ктродв и гател ь, соде р- жащий статор с rn-фазной обмоткой, соединенной с сетью через полупроводниковый коммутатор, ротор с постоянными магнитами, m разомкнутых ферромагнитных сердеч- ников с наконечниками, расположенными по окружности вблизи его торцовой поверхности, отличи ю щ и и с я тем, что, с целью повышения надежности, каждый

сердечник соединен с кольцевым магнитб- проводоМ, Между ними устайОвлеН магни- точувствительный элемент, а на кольцевом

магнитопроводе размещена тахометриче- ская обмоТка.

3(5

н

Использование: приводы магнитных и оптических дисков,1 лентопротяжных других устройств. Сущность изобретения: электродвигатель содержит стат ор с обмоткой, подключенной к полупроводниковому коммутатору, ротор с индуктором, датчик положения ротора и тахомегрическую обмотку/ Двигатель снабжен магиитопроводом для магнитного потока рассеяния, на.котором размещены тахометрическая обмотка и маг- ниточувствитёльные элементы, деющие информацию о положении ротора. 2 ил.