Бесконтактный электродвигатель постоянного тока Советский патент 1993 года по МПК H02K29/00 H03F3/20 

Изобретение относится к электротехнике, в частности к электроприводу, и может быть использовано в электродвигателях с низким напряжением питания, высокими требованиями по энергопотреблению и пульсациям вращающего момента, в частности вносимой аудио- и видеоаппаратуре, в накопителях информации на магнитных дисках, в приборных вентиляторах.

Целью изобретения является снижение энергопотребления за счет уменьшения потерь в усилителе путем уменьшения остаточных падений на транзисторах выходного каскада.

Сущность изобретения поясняется на примере однофазного бесконтактного электродвигателя постоя иного тока, схема которого изображена на чертеже.

Предлагаемый электродвигатель содержит синхронный двигатель с возбуждением от постоянного магнита с фазной обмоткой t, датчик положения ротора, механически связанный с ротором синхронного двигателя, включающий в себя постоянный магнит, элемент Холла 2 и питающие резисторы 3 и

4, операционный усилитель 5 и комплементарную пару выходных транзисторов 6 и 7, базы которых соединены между собой и с выходом операционного усилителя 5, коллекторы соединены с шинами разнополяр- ного источника питания, а к объединенным эмиттерам подключен первый вывод фазной обмотки 1 и первый вывод резистора обратной связи 8, второй вывод которого подключен к инвертирующему входу операционного усилителя 5, причем второй вывод фазной обмотки подключен к средней точке источника питания, выходы датчика положения ротора соединены с входами операционного усилителя 5, а питающие выводы подключены к первым выводам резисторов 3 и 4, вторые выводы которых подключены к шинам источника питания, питающие выводы операционного усилителя 5 соединены с шинами источника питания через введенные обмотки обратной связи 9 и 10, магнитно связанные с фазной обмоткой, причем обмотки обратной связи 9 и 10 и фазная обмотка 1 подключены соответственно к питающим выводам операционного усилителя

Ё

и к объединенным эмиттерам выходных транзисторов своими одноименными выводами,

Полем постоянного магнита электродвигателя, между выводами элемента Холла 2, подключенными ко входам операционного усилителя 5, инициируется ЭДС Холла, пропорциональная по своей абсолютной величине произведению тока (задается напряжением источника питания, резисторами 3 и 4 и оммическим сопротивлением элемента Холла), на величину индукции поля постоянного магнита в месте установки элемента Холла, а знак ЭДС Холла определяется знаком индукции. Прикладываемя ко входам операционного усилителя ЭДС Холла, меняет периодически свою величину и знак при вращении вала двигателя, жестко скрепленного с постоянным магнитом, в соответствии с изменяющейся величиной и знаком индукции в месте установки элемента Холла 2. . . -.-- .

При равенстве сопротивлений резисторов 3 и 4, а также при симметрии эквивалента схемы замещения элемента- Холла 2, можно считать, что на неинвертирующий вход операционного усилителя 5 подается постоянное по величине и знаку напряжение, равное половине напряжения источника питания. При этом, на инвертирующий вход операционного усилителя 5, относительно неинвертирующего входа подается ЭДС Холла через некоторое внутреннее сопротивление элемента Холла 2, п. Таким образом, схема на операционном усилителе 5 представляет собой масштабный, по отношению к ЭДС Холла, усилитель с коэффициентом усиления ЭДС Холла, равным отношению сопротивления резистора 8, к внутреннему сопротивлению элемента Холла 2, п. ..-.

Для достижения минимального уровня потерь необходимо получить на нагрузке 1 сигнал, равный или близкий по напряжению к напряжению источника питания, т.е. требуется одновременно обеспечить соответствующее усиление каскада по напряжению и уровень напряжения раскачки на базах транзисторов 6 и 7, который бы на величину падения напряжения на переходе база- эмиттер, смещенном в прямом направлении, превышал бы желаемый уровень сигнала на нагрузке 1.

Необходимое усиление достигается выбором отношения сопротивления резистора 8 и внутреннего сопротивления элемента Холла 2, п. Требуемый уровень раскачки обеспечивается качающимся синфазно с усиливаемым сигналом уровнем напряжения питания, подаваемого на питающие выводы операционного усилителя, которое по любому из питающих выводов представляет собой сумму напряжения питания и ЭДС, трансформированной в обмотку обратной

связи за счет ее магнитной связи с фазной обмоткой.

Действительно, в обмотках обратной связи 9 и 10, магнитно связанных с фазной обмоткой 1, наводится ЭДС вращения, при0 чем выбором полярности подключения обмоток 9 и 10 достигается синфазность изменения ЭДС Холла, выходного напряжения усилителя и напряжения питания операционного усилителя таким образом, что. при

5 увеличении мгновенного значения положительной волны выходного напряжения усилителя растет уровень напряжения на обмотке 9. При этом суммарное напряжение плюсовой шины источника питания и об0 мотки 9 (после разгона двигателя) создает на соответствующем питающем выводе операционного усилителя уровень напряжения, превышающий исходный.уровень напряжения питания +Еп на величину наводимого

5 в обмотке 9 н-апряжения.

Во время действия отрицательной полуволны выходного напряжения процесс протекает аналогично, при этом обмотка 10 совместно с напряжения источника -En

0 создает на соответствующем питающем выводе операционного усилителя уровень напряжения ниже уровня напряжения источника -Еп.Формул а изо бретени я

5 Бесконтактный электродвигатель постоянного тока, содержащий синхронный двигатель, датчик положения ротора, механически связанный с ротором синхронного двигателя, усилитель мощности, составлен0 ный из операционного усилителя и комплементарной пары выходных транзисторов, базы которых соединены между собой и с выходом операционного усилителя, коллекторы - с шинами источника питания, а к

5 объединенным эмиттерам подключен пер- вый вывод фазной обмотки синхронного двигателя, вторым выводом.подключенной к средней точке источника питания, и первый вывод резистора обратной связи, вто0 рой вывод которого соединен с

инвертирующим входом операционного

усилителя, выходы датчика положения рото ра соединены с входами операционного

. усилителя, о т л и ч а ю щи и с я тем, что, с

5 целью снижения энергопотребления путем уменьшения остаточных падений напряжений, шины источника питания соединены с первыми выводами введенных обмоток обратной связи, магнитно связанных с фазной обмоткой синхронного двигателя, вторые

выводы обмоток обратной связи подключены к питающим шинам операционного усилителя, причем одноименные выводы обмоток обратной связи и фазной обмотки

соединены с питающими выводами операционного усилителя и объединенными эмиттерами выходных транзисторов соответственно,

Использование: в бесконтактных электродвигателях постоянного тока сдатчиками положения ротора в виде элементов Холла. Сущность: бесконтактный электродвигатель постоянного тока содержит датчик положения ротора и усилитель мощности, состоящий из операционного усилителя, комплементарной пары выходных транзисторов, резистора обратной связи и двух обмоток обратной связи, магнитно связанных с фазной обмоткой синхронного двигателя. Это позволяет снизить потери энергии в усилители мощности. 1 ил,

i /

8