Бесконтактный электродвигатель постоянного тока Советский патент 1979 года по МПК H02K29/00 

Изобретение относится к области зпек ропривода -и элекгромашиностроения, а именно к бесконтактным электродвигател.ям постоянного тока. Известны бесконтактные двигатели постоянного тока, содержащие магнитоэлектрический двигатель, полупроводниковый силовой коммутатор и механически несвязанный с ротором датчик положения ротора, управляющий силовым коммутатором ij. В этих двигателях исключены дополнительные информационные токопопводы, поскольку информация о положении ротора снимается непосредственно из силовой це пи питания двигателя. Однако, для него характерно то, что при неподвижном роторе отсутствует сигнал о его положении. Поэтому для запуска двигателя вводится дополнительное устройство, которое усложняет его конструкцию. Из известных бесконтактных двигателей постоянного тока наиболее близким по технической сущности к данному изобретению является двигатель, описанный в 2. В данном двигателе сигналы о положе НИИ ротора поступают из силовой цепи питания, ко они имеют место и при неподвижном роторе. Здесь для определения углового положения ротора используют модуляцию индуктивного сопротивления фазы Ш высокой частоте в функции угла поворота ротора. Устройство принципиально работоспособно лишь в случае, если оно содержит явнополюсный магнитоэлектрический двигатель, т.к. изменение индуктивного сопротивления фазы вызывается изменением магнитной проводимости при повороте ротора. Для формирования сигналов управления коммутатором схема содержит: нульорган, сравнивающий опорное напряжение с величиной огибающей тока высокой частоты, пропускаемого через фазу двигателя; дополнительный высокочастотный геи&ратор, поочередно подключаемый к каждой из фаз двигателя, причем это подключение осушоствляется синхронно с силовой коммутацией инвертора; фильтр высокйсх част в цепи высокочастотного генератора; фильтр низких частот в силовой цепи пита ния двигателя, чтобы напряжение дополни тельного высокочастотного генератора не шунтировалось малым выходным сопротивлением источника питания двигателя. В результате структура бесконтактного двигателя постоянного тока оказывается довольно сложной. Целью изобретения является упрощение конструкции двигателя. Поставленная цель достигается теМ( что каждая фазная обмотка шунтирована двумя последовательно соединенными конденсаторами, общая точка которьсх соединена с выходом усилительного элемента, в результате чего каждая фазная обмотка, конденсаторы и усилительный элемент образуют высокочастотный автогенератор причем выход автогенератора подключен к коммутатору смежной фазы. Благодаря этому высокочастотный генератор как отдельный самостоятельный элемент устр няется, а в нуль-органе функционально и конструктивно объединяются высокочастот ный генератор и фазная обмотка двигателя. На фиг. 1 приведен пример конкретного выполнения схемы трехфазного двига теля с однополупериодной коммутацией в соответствии с изобретением; на фиг, 2 показано расположение фазных обмоток его статора и электропроводных зон ротора. Двигатель содержит фазные обмотки 1, , 3 (фиг. 1, 2), параллельно которым включены цепочки из соединенных последовательно конденсаторов 4 и 5, образующие колебательные контуры автогенераторов высокой частоты, собранных на транзисторах 6, являющи.хся усилительными элементами. Конденсаторы 7 используются для фазовой коррекции автогенератора и одновременно служат фильтром высокой частоты. Фазные коммутаторы двигателя по фиг. 1 выполнены на транзисторах 8, которые включены последовательно с фазными обмотками через развязывающие низкочастотные фильтры 9, Резисторы 10 служат для пассивного запирания транзисторов 8. Сьсешение на базы транзисторов 6 авто генератора подается с делителя, образованного резисторами 11 и 12. Нагрузкой транзисторов 6 по постоянному току являются резисторы 13, а по переменному току высокой частоты - первичные обмотки трансформаторов 14. Емкость 15 исключает постоянную составляющую 9 выходном напряжении автогенератора. Конденсатор 16 служит сглаживающим фильтром. Трансформатор 14 обеспечивает гальваническую развязку. Выпрямленный выпрямителем 17 СИГНЕШ автогенератора через сопротивление 18 подается на базу силового транзистора 8, включающего очередную фазу. Бесконтактный двигатель по фиг. 1, 2 имеет электропроводную зону 19, нанесенную, например,.методом вакуумного напыления на поверхность ротора 20, обращенную к поверхности 21 .статора. Электропроводная зона расположена симметрично от носительно продольной оси ротора и имеет размеры в 24О . Автогенераторы настроены так, что их колебания прекращаются в тот момент, когда электропроводная зона перекрывает фазную обмотку на 9О . Электродвигатель работоспсюобен и в случае, .когда модулирующим элементом является ротор с переменной магнитной проводимостью. Однако объем электронной схемы сушественно уменьшается при повышении частоты генерации, что возможно лишь при электропроводном модулирующем элементе. Бесконтактный электродвигатель постоянного тока работает следующим образом. После подачи напряжения питания при произвольном положении ротора, указанном, например, на фиг. 2, возбуждаются автогенераторы, собранные на фазных обмотках 2 и 3, а автогенератор, вьшолненный на фазной обмотке 1, не возбуждается, поскольку фазная обмотка полностью перекрыта электропроводной зоной ротора. В результате этого и с учетом колвцевого соединения в коммутаторе начина- ют протекать токи в фазных обмотках 3 и 1, Под действием их намагничивающих сил ротор будет перемещаться по направлению вращения часовой стрелки. При этом перемещения электропроводная зона 19 перекрьшает все большую часть фазной обмотки 1 и одновременно уходит из-под фазной обмотки 3, что вызывает в определенный момент срыв колебаний в автогенераторе, выполненном на фазной обмотке 2. При выбранной настройке автогенераторов это произойдет после поворота ротора на 30 . Дальнейшее вращение ротора осуществляется под действием намагничивающей силы лишь одной фазной обмотки 1, включенной по сигналу автогенератора, выполненного на фазной обмотке 3. При повороте ротора на 12О от того положения, которое указано на фиг. 2, условия образов ния вращающего момента повторяются: выдает сигнал автогенератор, выполненный на фазной обмотке 3 и возбуждаетс автогенератор, выполненный на фазной обмотке 1, в результате чего намагничивающая сила создается уже фазными обмотками 1 и 2, При дальнейшем вращении ротора процесс создания вращающего момента протекает аналогично. Та ким образом, за один оборот ротора каж дая фаза и, следовательно, каждый авто генератор оказывается включенным в те чение 150 электрических градусов. (ISO ), причем этот интервал имеет дв подинтервала: 120 - когда включена лишь одна фазная обмотка и ЗО . - ког да работают совместно две фазные обмотки. Такая циклограмма работы фазных обмоток автогенераторов определяется лишь размером и расположением электропроводной зоны на роторе. Глубокая модуляция и большой уровен выходного напряжения автогенераторов позволяют упростить схему обработки сигнала об угловом положении ротора, а поочередная, задаваемая самим ротором, генерация автогенераторов разных фазных обмоток исключает необходимост наличия коммутатора высокочастотного напряжения. Бесконтактный электродвигатель постоянного тока, не имеющий специального датчика на роторе и дополнительны информационных токоподводов, но обладающий позиционной обратной связьрэ по ЧИ 606положению ротора, благодаря простоте, может найти широкое применение в самых различньос областях техники, где важны простота и компактность схемы управления при сравнительно простой конструкции электродвигателя с минимальным числом соединений, например, в гироскопии. Формула изобретения Бесконтактный электродвигатель постоянного тока, содержащий ротор, статор с фазными обмотками, соединенными с источником постоянного тока через низкочастотные фильтры н фазные коммутаторы, отличаю.щийся тем, что, с целью упрощения конструкции, электродвигатель снабжен цепочками из двух последовательно соединенньк конденсаторов и усилительными элементами, . каждая фазная обмотка шунтирована одной цепочкой из двух последовательно соединенных конденсаторов, общая точка которых подключена к выходу усилительного элемента, причем каждая фазная обмотка, конденсаторы и усилительный эле« мент образуют высокочастотный автогене ратор, подключенный к коммутатору соседней фазы, а соединение автогенерато™ ров с коммутаторами выполнено по кольцевой схеме. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР № 462531, Q О1 С 19/OS, 1974. 2.Авторское свидетельство СССР 39259О, Н О2 К 29/ОО, 1973. .

7