Бесколлекторный синхронизированный электродвигатель постоянного тока Советский патент 1975 года по МПК H02K29/02 H02P5/16 

Изобретение относится к синхронизированным двигателям постоянного тока с бесконтактным коммутатором.

Известны бесколлекторные синхронизированные электродвигатели постоянного тока со стабилизацией скорости вращения, построенные на импульсном воздействии управляющих сигналов на входные цепи бесконтактного коммутатора. При этом датчиком управления сигналов служит таходатчик (синхронный или гистерезисный), обеспечивающий обратную связь по скорости вращения.

Эти двигатели характеризуются недостаточно высокой степенью стабилизации скорости вращения при изменении напряжения питания и температуры окружающей среды.

Цель изобретения - повыщение точности синхронизации скорости вращения и упрощение электродвигателя. Достигается она тем, что гистерезисная машина подключена к источнику заданной частоты, а датчик положения размещен на валу ротора и связан с ротором через синхронную муфту.

На фиг. 1 изображена схема описываемого электродвигателя; на фиг. 2 - механические характеристики соответственно синхронной муфты и гистерезисной машины; на фиг. 3 - зависимость момента электродвигателя от угла в при постоянной скорости вращения;

на фиг. 4 - механическая характеристика электродвигателя.

Обмотка статора гистерезисной машины I подключена к бесконтактному преобразователю 2 постоянного тока в переменный с заданной частотой.

Ротор датчика полжения 3 и ротор 4 гистерезисной машины связаны с ротором 5 двигателя синхронной муфтой 6. Обмотка 7 двигателя подключена к полупроводниковому коммутатору 8, управляемому датчиком 3 положения ротора.

Синхронная муфта 6 может быть любого типа: магнитоэлектрической, реактивной, индукториой и т. п.; может быть выполнена из эластичного материала или пружинной. Гистерезисная машина может быть однофазной, двухфазной, трехфазной и т. д.

Статор двигателя представляет собой обычный статор машины переменного тока, ротор выполнен в виде магнита-звездочки; иа валу 9 двигателя расположен один из элементов синхронной магнитоэлектрической муфты с радиальным расположением постоянных магнитов - внутренний постоянный магнит 10.

Внешний кольцевой постоянный магнит 11 муфты расположен на валу 12. На этом же валу находятся датчик положения 3 и ротор гистерезисной машины.

Соотношение механических (моментных) характеристик синхронной муфты гистерезисной машины выбрано таким, что ее вращающий момент больше вращающего момента гиетерезисной машины в двигательном режнме и меньще вращающего момеита последней в генераторном режиме.

На фиг. 2 представлеиы механические характеристики синхронной муфты (кривая 1) и гиетерезисной машины в однофазном (кривая II) и трехфазном {кривая III) режимах.

Разница максимальных синхронных моментов в обычных гистерезисиых машинах в двигательном и генераторном режимах тем больше, чем меньше мощность машииы и, следовательно, больще относительная величина иотерь в меди обмотки статора.

Синхронная муфта обесиечивает такое взаимное ноложенне ротора двигателя и ротора д,атчика иоложеиия, при котором в момеит включения бесконтактного коммутатора возникает вращающий момент бесколлекторного электродвигателя от взаимодействия магиитиых потоков статора и ротора.

Для обратной связи по скорости двигателю необходимо сохранение «жесткой (в пределах сиихроииого угла поворота муфты) связи роторов двигателя и датчика положения.

Параметры синхронной муфты выбраны такими, чтобы не происходило ее срывов в любом возможном режиме работы.

Наиболее опасеп режим пуска двигателя, так как при этом ротор электродвигателя рывком через муфту увлекает роторы датчика положения и гиетерезисной машины. Последние могут быть конструктивно выполнены малоинерцнонными, что не увеличивает иеоб.ходимого максимального статического момеита муфты и ее размеров.

Как видно из кривой (на фиг. 3), при незиачителыюм изменении угла в значительно изменяется момент, развиваемый двигателем при поетоянной скорости вращения. Это свойство бесколлекторных двигателей постоянного тока удобно для регулирования величииы вращающих .моментов при л-иост).

Реальиая гистерезисная машина в однофазном и трехфазном характеризуется большим различием максимальных моментов в генераторном и двигательном режимах; при этом пространственный синхронный угол изменяется в пределах 90°.

Синхронная муфта характеризуется пространственным углом сдвига 0 180°.

Предлагаемый двигатель работает следующим образом.

При включении в сеть поетоянного тока двигатель разгоняется до синхронной скорости (соответствующей частоте напряжения на обмотках гиетерезисной машины) как обычный бесколлекторный двигатель постоянного тока (фиг. 4). Обмотки двигателя иереключаются бесконтактным коммутатором по сигналам датчика иоложения, ротор которого вращается синхронно с ротором бесколлекторпого двигателя благодаря тому, что момент синхронной муфты преодолевает моменты трения в подшипниках и динамический мо.мент (обусловленный инерционностью) обП1,его вала с роторами датчика положения и гиетерезисной машины.

При достижении синхронной скорости ротор бесколлекторного двигателя нод действием избыточного динамического момента нри запуске двигателей без нагрузки стремится развить скорость соответствующую скорости

холоетого хода (фиг. 4), увлекая за собой иосредством синхронной муфты и ротор датчика положения. Одиако ио мере вхождения ротора гиетерезисной мащины во все больщий угол рассогласования соответственно

увеличивается развиваемый ею тормозной (генераторный) момент, что, в свою очередь, увеличивает угол 8 (положительные значения)-угол рассогласования бесконтактного двигателя и датчика положения. Бесколлекторный двигатель резко уменьшает свой момент, который в случае большого момента ииерции ротора и вращающихся с ним узлов нагрузочного механизма (при запуске под нагрузкой) может на некоторый момент получить даже отрицательное значение (фиг. 3).

Возиикает быстро затухающий переходной режим работы системы, в конце которого ротор датчика ноложения занимает положение,

соответствующее значению угла Э, при котором бесколлекторный двигатель развивает момент, преодолевающий момент потерь холостого хода (см. фиг. 3 и 4). В аналогичном режиме двигатель работает

и ири пуске иод нагрузкой. В этом случае он развивает момент, преодолевающий момеит нагрузки.

При увеличении момента нагрузки на валу сверх максимального момента Мс макс,

развиваемого бесколлекторпым двигателем при синхронной скорости (фиг. 4), синхронизированный двигатель работает следующим образом.

При увеличении иагруЗКИ Мпагр М ,,,акс РОтор двигателя увлекает за собой через синхронную муфту ротор датчика положения. Так как момент гиетерезиеной машины в двигательном режиме мепьще момента синхронной муфты (см. фиг. 2), то общий вал с роторами датчика положения и гистерезисиой машипы синхроиио с ротором бесконтактной машины уменьшает скорость, развивая электромагиитиый момент подобно обычному бесколлекторному двигателю постоянного тока.

Следовательно, предлагаемый еинхронизированный двигатель постояиного тока с бесконтактным коммутатором обладает пусковыми свойствами обычного двигателя постоянного тока. Это является одним из важных

Предмет изобретения

Бесколлекторный синхроннзированный электродвигатель постоянного тока, содержащий датчик положения ротора, управляющий полупроводниковым коммутатором, и дополнительную гистерезисную машину, отличающийся тем, что, с целью повыщения точности синхронизации и упрощения схемы, гистерезисная машина подключена к источнику заданной частоты и на роторе этой машины, связанной с валом электродвигателя через синхронную муфту, расположен датчик положения ротора.

Фиг.

oS/fliUH

Пс

О Фиг. 2

-f

fJ3 3