Вентильный двигатель Советский патент 1979 года по МПК H02K29/02 

1

Изобретение относится к области электрических машин и электропривода и может быть использовано при создании исполнительных устройств систем автоматизации и управления.

Известны вептильные электродвигатели (ВД) с многофазной обмоткой, подключенной к источнику питания через полупроводниковый коммутатор (инвертор) входы силовых ключей которого связаны с чувствительными элементами датчика положения ротора (ДПР) фотоэлектрического типа 1, 2, З)

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является вентильный электродвигатель, который содержит синхронную машину с индуктором якорем, несущим многосекционную обмотку, мостовой инвертор, выход каждой ветви которого соединен, по крайней мере, с одной секцией обмотки якоря, и фотоэлектрический датчик положения ротора с сигнальными элементами, обладающими разными спектральными характеристиками и механически связанными с индуктором, и чувствительными элементами, механически связанные с якорем, спектральные характеристики которых соответствуют спектральным характеристикам сигнальных элементов, чувствительные элементы, обладающие одинаковыми спектральными характеристиками, соеди.нены с управляющими цепями ключей одной из групп инвертора, а число чувствительных элементов кратно числу ветвей инвертора.

Недостатком этого двигателя является сложность его конструкции, низкая надежность вследствие необходимости подведения энергии в ротор через контактные кольца, или вращающийся трансформатор с последующим выпрямлением напряжения, невозможность унификации серий двигателей, с различными системами возбуждения из-за выполнения коммутатора в виде единого конструктивного блока.

Целью изобретения является упрощение, унификация и повышение надежности двигателя.

Цель достигается тем, что чувствительные элементы и ключи инвертора выполнены в виде идентичных переключающих блоков, число которых равно числу ветвей инвертора, каждый блок содержит ключи одной ветви, соединенные с их управляющими цепями чувствительные элементы и источник полихроматического излучения, а сигнальные элементы выполнены в виде двух смещенных по окружности зеркал на пару полюсов синхронной машины. Каждый переключающий блок может быть выполнен в виде сегмента полого цилиндра, две противоположные поверхности которого выполнены токопроводящими и соединены между собой токопроводящими пластинами. На фиг. 1 показан пример конструкции двигателя; на фиг. 2 - схема соединений двигателя и одного из простейщих вариантов унифицированного переключающего блока; на фиг. 3 - пример структурной схемы управляемого переключающего блока с двумя комплектами чувствительных элементов; на фиг. 4 - пример структурной схемы управляемого переключающего блока с одним комплектом чувствительных элементов; на фиг. 5 и 6 - примеры конструкции унифицированных переключающих блоков. Унифицированные блоки 1-9 (фиг. 1 и 2) закреплены между звездообразными токоведущими шайбами 10 и 11 (на фиг. 1 для наглядности элементы двигателя разнесены). Для уменьшения влияния теплового потока от обмотки на полупроводниковые элементы между обмоткой 12 и шайбой 11 установлена теплоизолирующая, например, асбестовая прокладка 13. Выводы обмотки подпаяны к «петушкам 14 переключающих блоков. На валу или на специальной втулке ротора 15 нанесены сигнальные элементы в виде двух зеркальных монохроматических секторов (на пару полюсов), угловой размер которых несколько больше интервала коммутации ключа коммутатора. Один из секторов 16 имеет максимум отражения в зоне А солнечного спектра (например зеленый) другой 17 - в зоне В (например красный). На поверхности каждого переключающего блока, обращенной к ротору, размещены или выполнены методами интегральной технологии источники полихроматического излучения 18, в качестве которых, например могут быть использованы два перехода светодиодов или инжекционных лазеров, излучающие в р;азличных зонах спектра. На этой же поверхности размещены фоточувствительные элементы 19 и 20, воспринимающие световой поток, отраженный зеркальными секторами. При этом максимум спектральной чувствительности элемента 19 лежит в зоне Л, а максимум элемента 20 - в зоне В. С целью увеличения помехозащищенности воспринимающие поверхности чувствительных элементов могут быть защищены монохроматическими светофильтрами. Реверсивный переключающий блок 21 (фиг. 3) содержит четыре чувствительных элемента, причем элементы 22 и 23 имеют максимум чувствительности взоне А, а элементы 24 и 25 - в зоне В. Силовые ключи 26 и 27 соединены с выходами чувствительных элементов через формирователи фронтов 28 и 29, что позволяет снизить динамические потери и повысить КПД, уменьшить нагрев и увеличить надежность блока и двигателя в целом. Кроме формирователей и силовых ключей блок 21 содержит также реле реверса 30 и прерыватель питания 31 источников излучения 32. Вход 33 реле реверса 30 соединен с цепью управления реверсом, а вход 34 прерывателя 31 - с цепью импульсного управления скоростью. Точки 35 и 36 соединены с токоподводящими -торцовыми пластинами, а к точке 37 подключен один из выводов обмотки двигателя. Модифицированный вариант реверсивного переключающего блока 38 (фиг. 4) содержит источник излучения 39, возбуждающие чувствительные элементы 40 и 41, имеющие различные спектральные характеристики. Выходы элементов 40 и 41 через формирователи фронтов 42 и 43, подключены КО входам реле реверса 44, управляющий вход которого 45 соединен с цепью управления реверсом. Выходы реле реверса соединены со входами силовых ключей 46 и 47. Цепь питания 48 каскадов получения информации о положении ротора и предварительного усиления соединена с цепью импульсного управления скоростью. Выходы ключей 46 и 47 соединены с зажимами источника питания 49 и 50, а средняя точка 5 с одним из выводов обмотки двигателя. В конструкции (фиг. 5) управляемый переключающий блок 52 выполнен в виде сегмента полого цилиндра. На поверхности, обращенной к ротору, размешены фоточувствительные элементы и источник излучения 53. Торцовые поверхности блока представляют собой токоподводящие пластины 54 и 55, посредством которых блок подключается к источнику питания. Для подключения цепей управления и вывода обмотки из блока через изолирующие бобышки 56 выведены три токоподвода 57. . Переключающий блок 58 (фиг. 6) выполнен в корпусе из изоляционного материала и имеет форму параллелепипеда. На одной из его граней размещены чувствительные элементы и источник излучения 59, а все выводы 60 выполнены в виде полужестких проводников. При подсоединении двигателя к сети питания включаются источники излучения всех блоков коммутатора. Если ротор находится в положении, показанном на фиг. 1, то свет,, излучаемый источником 18 блока 4 попадает на сектор 16. При этом сектор отражает излучение в зоне А и поглощает его в зоне В. Таким образом, отраженное излученле возбуждает, лишь чувствительный элемент 19 (фиг. 2), что приводит к -отпиранию нижнего транзистора силовой ветви блока 4. В тот же момент в блоке 8 возбуждается верхний транзистор стойки, т. к. блоки 4 и 8 идентичны. Таким образом, обмотка оказывается подключенной к сети. При повороте ротора на 180 эл. град., у блока 4 оказывается сектор 17, отражающий излучение в зоне В, которое возбуждает чувствительный элемент 20. В блоке 4 включается верхний ключ. Аналогично в блоке 8 включается нижний ключ. Полярность напряжения, приложенного к обмотке, изменилась на противоположное. Таким образом, угол между векторами поля возбуждения и н.с. обмотки остается неизменным, т. е., остается неизменным знак электромагнитного момента, что обеспечивает вращение двигателя. В первом варианте каждый блок (фиг. 3) реверсивного двигателя имеет два комплекта разнотипных чувствительных элементов. При отсутствии сигнала на входе 33 реле реверса 30 запитаны, например, чувствительные элементь 22 и 24. В этом случае ключ 26 управляется сектором 16, а ключ 27 - сектором 17. При подаче сигнала реверса напряжение с элементов 22 и 24 снимается и подается на элементы 23 и 25. Ключ 26 управляется уже сектором- 17, а ключ 27 сектором 16, т.е. двигатель реверсируется, При прерывании, с помощью прерывателя 31, цепи питания источника излучения 32, управляющие сигналы отсутствуют .на всех ключах коммутатора и двигатель останавливается. В модифицированном варианте (фиг. 4) в каждом блоке имеется лишь один комплект чувствительных элeмeнtoв 40 и 41. При отсутствии сигнала на входе реле реверса 44 элемент 40 через формирователь 42 управляет ключом 46, а элемент 41 через формирователь 43 - ключом 47. При поступлении на клемму 45 сигнала реверса реле 44 подключает выход формирователя 42 ко входу ключа 47, а выход формирователя 43 ко входу ключа 46, чем обеспечивается реверс двигателя. Предложение позволяет полностью унифицировать коммутирующие устройства ВД. При создании серии переключающих блоков различной установленной мощности и габаритов, определяемых потерями в них, появл 1ется возможность проектировать как отдельные типы, так и серии двигателей, полностью удовлетворяющих практически лю663037бым требованиям, предъявляемым к ним по электромеханическим характеристикам, габаритам и надежности. Формула изобретения 1.Вентильнь1й электродвигатель, содержащий синхронную мащину с индуктором и якорем, несущим многосекционную обмотку, мостовой инвертор, выход каждой ветви которого соединен, по крайней мере, с одной секцией обмотки якоря и фотоэлектрический датчик положения рото.ра с сигнальными элементами, обладающими разными спектральными характеристиками и механически связанными с индукто ром, и чувствительными элементами, механически связанные с якорем, спектральные характеристики которых соответствуют спектральным характеристикам сигнальных элементой, чувствительные элементы, обладающие одинаковыми спектральными характеристиками,сое.л,инены с управляющими цепями ключей одной из групп инвертора, а число чувствительных элементов кратно числу ветвей инвертора, отличающийся тем, что, с целью повыщения надежности двигателя, чувствительные элементы и ключи инвертора выполнены в виде идентичных переключающих блоков, число которых равно числу ветвей инвертора, каждый блок содержит ключи одной ветви, соединенные с их управляющими цепями чувствительные элементы и источник полихроматического излучения, а сигнальные элементы выполнены в виде двух смещенных по окружности зеркал на пару полюсов синхронной мащины. 2.Вентильный электродвигатель по п. 1, отличающийся тем, что каждый переключающий блок выполнен в виде сегмента полого цилиндра, две противоположные поверхности которого выполнены токопроводящими и соединены между-собой токопроводящими пластинами. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Патент США № 3531702, кл. 318-138, 1970. 2.Патент Великобритании № 1269304, кл. Н 2А, 1972. 3.Патент Франции № 2622882, кл. Н 02 К 29/02, 1975.