Вентильный электродвигатель Советский патент 1979 года по МПК H02K29/02 

Изобретение относится к электрическим машинам, а точнее к вентильным электр№ двигателям постоянного тока и может быть использовано в аппаратах звуко- и видеозаписи. Известны вентильные электродвигатели (ВД), содержащие статор, на которсяи расположены секции обмотки, ротор в виде постоянного магнита, обладающий синусо идальным распределением магнитной индукции в рабочем воздушном зазоре, генераторы Холла, расположенные в рабочем воздушном зазоре, транзисторный коммутатор секций обмотки, подключенньй к вь1водам напряжения генераторов Xoiina, и систему регулирования частоты вращения, квыход/ которой подключены токовые выводы генераторов Холла, причем регулирование частоты вращения осуществляется изменением .величины тока, проходящего ПО токовым выводам генераторов Холла 1 . Недостатком, известных двигателей является влияние на ток секций обмотки постоянного потенциала выводов напряж&ния генераторов Холла, обусловленного прохождением по ихтоковым выводам тока управления. - . Наиболее близким по технической сущности и Достигаемому. результату к изобретению являётх;я вентильный электродвигатель . Он содержит статор с секциями обмотки, ротор в виде постоянного магнита, обладающий синусоидальным распределением магнитной индукции в рабочем воэдушном зазоре, генераторы Холла, расположенные Ъ рабочем воздушном , токовые вь1воды Которых предназначены для подключения к системе регулирования частоты Вращения ротора, делитель напряжения и Коммутатор секций обмотки, выполненныЙ в виде 6тдельЯТьг5Г%аиалов с силовыми транзисторами, причем канал коммутатора подсоединен к одному из выводов напряжения генераторов Холла, i для снижения влияния на ток секций об.vioTKH П(эстоянного потенциала вывоДов апряже 1ия Холла в каждые два смежных к1анш1а коммутатора вВёдёиайЛёктрйческа йхШМ, состоящая из транзистора, в коплбктбрную и эмиттерную цепи которого включены резисторы, а база соединена со средним выводом делителя напряжения, подключенного параллельно вывгдам напряжения генераторов Холла. К эмиттеру SToTo Транзистора через резистор подключены соединенные между собой эмиттеры входных транзисторов смежных, , лов коммутатора, базы присоеди.нены к выводам напряжения одного из ге- нераторов Холла, & коллекторы соединены с базами силовых транзисторов. НеДУзтатком вавестного двигателя является недостаточная равномерность вращения иэ-за искажений полусинусоидальны токов Во включенных секциях обмотки. Эти искажения Возникают в результате того, что в Коммутаторе.двигателя к переходам база-эмиттер входных: транзисторов каналов, коммутатора прикладывается изменяющееся по синусоидальному закону напряжение выводов напряжения генераторов Холла. Из теории транзисторов известно, что входная характеристика транзистора, т.е. зависимость базы 16 от прямого наП ряжения U-y I приложенного к переходу база-эмиттер, нелинейна и носит экспо ненциальный характер, а коллекторный тпк транзистора определяется из выражения где (Ь - коэффициент передачи тпка базы; I - обратный ток коллектора, т.е. тпк через переход коллекторбаза при отключенном эмиттере. В результате этого токи баз входных транзисторов каналов коммутатора этого двигателя при подаче на их переходы база-эмиттер синусоидальных напряжений с выводов напряжения генераторов Холла н будут иметь Полусинусоидальную фispмy. Их Коллекторные токи, которые одновременно являются тсжами баз силовых тран зисторов, буду тиска жены и токи секций обмотки двигателя.; Это приводит к снижению равноме|эности вращения бесконтактного двигателя постоянного тока. Кроме Того, одновременно По всем сек циям о&.1отки двигателя проходят постоянные тпки, обусловленные обратными токами коллекторов транаисторов коммутатора Эти равные по величине разброса riaipaMetpoB транзис Т(1рЬв токи создают в двигателе неподвижное магнитное )te. Оно дополнительно увеличивает неравкомерность вращения двигателя, а также приводит к снижению его КПД за счет Возрастания тепловых потерь в секциях обмотки и транзисторах коммутатора. Целью изобретения является повыщение равномерности вращения двигателя данного типа. . Для этого в каждый канал коммутатора введена ключевая схема, а канал выполнен в виде масштабного усилителя, включающего операционный усилитель и двухтактный эмиттерный повторитель на двух транзисторах, один из которых имеет струкTypj .n , а другой -p-h-p, причем неинвертирующий вход операционного усилителя соединен с одним из выводов напряжения генераторов i Холла, параллельно токовым выводам которых подключен делитель напряжения, а его средняя точка соединена с общим выводом операционного усилителя, выход которого соединен со входом двухтактного эмиттерного повтори теля, при этом коллектор его транзистора структуры П соединен с базЫ силового транзистора, а коллектор транзистора.структуры ргП-р - с бдним иа вхг«6в «лючевой схемы, второй вход которой предназначен для подключения к отрицательному Полюсу источника питания двигателя; один из выхсяов ключевой схемы присоединен к базе силового транзистора, а втог рой предназначен для подключения к положите ьн ому полюсу источника напряжения смещения, отрицательный полюс кото р6го соединен с положительным полюсом источника питания двигателя., Такое выполнение двигателя позволяет повысить равномерность его вращения и КПД за счет уменьшения искажений токов полусинусоидальной формы во включенных секциях обмотки и снижения величин постоянных ITOKOB, проходящих по ВыключенlitiM секцйяьл.. На чертежё представлен предлагаемый двигатель, принципиальная электрическая схема. Двигатель содержит статор с четырьмя секциями обмотки 1, ротс в виде постоянного магнита, обладающий синусоидальным распределением магнитной индукции в рабочем воздушном зазоре, генераторы Холла 2,3, расположенные в рабочем Воздушном зазоре. Параллельно их токовым выводам, предназначеннь1м доя. подключения к системе регулирования 40dTotbi вращения, присоединен делитель напряжения, состоящий из двух последователь .но включенных резисторе 4,5. Управление тгжами секций обмотки пс уше твляется Коммутатором, вьшопненным в виде пт дельных каналов. Каждый канал коммутато ров содержит ключевую схему б, силовой транзистор 7, в коллекторную цепь которого включена секция обмотки 1, и масштабный усилитель, состоящий из операционного усилителя 8 и двухтактного эмиттерного повторителя на двух транзисторах 9, 10 разных структур. Тран-зистор 9 имеет структуру п -р- И, а тран зистор 10 - р-Л-р. Неинвертирующий вход операционного усилителя 8 соединен с одним из выводов {по чертежу с левым напряжения генератора Холла 2. Другой его вывод напряжения подключен к неинвертирующему вхоау операционного усилителя смежного канала коммутатора, а выводы напряжения генератора Холла 3 таким же способ м подключены к двум другим смежным каналам. Общий вывод ппераци онного усилителя 8 соединен с точ кой резисторов 4,5, представляющую собой среднюю точку делителя напряжения. К выходу операционного усилителя 8 подсоединены базы транзисторов 9,10 двухтактного эмиттерного повторителя. Нагрузкой этих транзисторов является резистор 11, включенный между соединенными вме те их эмиттерами и общим выводом операционного усилителя 8. Переменный резистор 12, включенный между общей точ к ей эмиттеров транзисторов 9, Ю- и ин-. вертируюшим входом операционного усилителя 8, и резистор 13,-включенный между общим выводом и инвертирующим вхсу. дом операционного усилителя 8, обеспечивают работу этого операционного усилителя и двухтактного эмиттерного повторителя на транзисторах 9, 1О в качестве ма- сщтабного усилителя. Коллектор транзистора 9 соединен с базой силового транзистора 7, эмиттер которого присоединен к Положительному полюсу источника питания двигателя. В целях обеспечения тем- пературной стабилизации режима работы силового транзистсфа 7 параллельно его переходу база-эмиттер включен терморезистор 14. Коллектор транзистора 10 соединен с одним из входов ключевой схемы 6, второй вход которой подключен к отрицательному полюсу источника питания двигателя. Один из выходов ключевой схемы 6 присоединен к базе силового транзистора 7, а второй к положительному полюсу источника напряжения смешения, отрицательный полюс которого соединен с положитель.ным полюсом источника питания двигателя При прохождении по тг-ковым выволйм генераторов Хппла 2,3 тгжа управления напряжение на их выводах при вращении рсугора двигателя вследствие синус он да льного распределения магнитной индукции в будет изменяться по синусоидальному закону. Потенциал эквипотенциальных точек генераторов Хсхпла 2, 3, в результате того, что общий вывоа операционного усилителя 8 соединен со средней точкой делителя напряжения на . резисторах 4,5, подключенного параллель но токовым выводам генераторов Холла 2,3, будет равен :потёнциалу общего выBcxia операционного усилителя 8 и не изменяться при изменении тока уп-равления. Поэтому при вращении ротора двигателя в зависимости от «fro положения манеинвертируюшийвходоперационного сипителя 8 относительно его r)6irfero вывода будет, подаваться или положительная, или отрицательная полуволны синусоидального напряжения вывода напряжения генератора Холла 2. Амплитуда этого синусоидального напряжения зависит от величины тсжа управления. При Положении: ротора двигателя, при котором на нёинвертирующий вход операционного усилит€«я 8 будет подано относительно его общего вывода с вывода напряжения генератора Холла 2 напряжение положительной полярности, закрывается транзистор 10 и открывается транзис эмиттерного повто° двухтактного . Возникающее при прохождении эмиттерного тока 1 транзистора 9 по резистпру 11 падение напряжения на нем удет равно ,i-RIdit Ur, R - величина сопротивления резистора 11; I-.- ток базы транзистора 9; коэффициент передачи тока базы транзистора 9; k - коэффициент усиления масщтабного усилителя, равный отнощению величины сопротивления переменного резистора 12 к величине резистора 13j U - напряжение на выводе напряжения генератора Холла 2 относительно общего вывода операционного усилителя 8. При использовании транзистора 9 со значением р 73О-50 тгж его коллектора 1ц будет мало отличаться от тока миттера Из этого следует, что изменения копnsiKTcpttcrb TOfca транзистора 9 дут йрймо йрШорцйональны изменениям напри женйя вывода напряжения генератора Хол ла .2 относительно o6taero вывода операnaoHiHoro усилителя 8 положительной пол$фнЬсти. В этот момент, в свфи с тем что транзистор 10 закрыт, ключевая схе ца 7 будет вакрыта. Сопротивление тёрморевистора 14, шунтирующего переход база-эмиттер силового транзистора 7, по сраьне нЙкэ с с опр бти влё нием пост оянн теку этого перехода велико, поэтому кол лекторный ток полусинусоидальной формы транзистора 9 будет током базы силового транзистора 7. По секции обмотки 1 двигателя в этот мстиент проходит коллек торный т еж 2 силового транзистора 7,равный lK2-P2 K1 P2 lK02 Р)- Коэффициент передачи тока базы силового транзис тора 7; I ., обратный ток коллектора силового транзистора 7. Установка необходимой айЯСпйтуды тока секции обмотки 1 осуществляется переменным резистором 121 В момент, когда ротор двигателя наХодйтся в положении, когда на неинверти рующий вход операционного усилителя 8 будет подано относительно его общего вывода с вывода напряжения генератора Холла 2 напряжение отрицательной ,полярности, закрывается транзистор 9 и открывается транзистор 10 двухтактного эмиттерного повторителя. По/входной цепи ключевой схемы проходит ток, и она открывается. База силового транзистора 7 через открытую ключевую схему 6 подключается к положитега ному по люсу источника напряжения смещения. Си левой транзистор 7 запирается. По секции обмотки 1 в этом случае проходит ток Аналогичные процессы происходят во всех каналах коммутатора. При этом од. новременно, в связи с тем, что генера торы Холла 2,3 в рабочем воздушном за зоре двигателя расположены под углом 9о, будут включены две и выключены две секции обмотки 1. В результате это го в статоре двигателя создается .равномерно вращающееся круговое магнитное поле, которое приводит во вращение ротор. Таким образом, уменьшение искажений тсясов полусинусоидальной формы во включенных секциях обмотки и снижение на 1-2 порядка (величин постоянных токов, проходящих по выключенным секциям, сзгщественНо повыщает равномерность вращения и КПД вентильного электродвигателя данного типа. Это позволяет испоЛбэовать его в электроприводах переньеных и передвижных аппаратов эвукон видеозаписи с батарейным питанием. Формула изобретения 1.Вентильный Электроявиг1атель, содержащий ротор с системой Возбуждения, обеспечивающей синусоидальное распределение индукции в воздущном зазоре, и татор с якорной обмоткой, каждая секция; которой соединена с выходом одного из каналов усиления, состоящего из силоВого транзистора, база, которого соединена с выходом линейного усилителя, вход которого соединен с выходом расположенного в воздущном зазоре генератора Холла, ис одним из выходов цепи запирания, отличающийся тем, что, с цельюПоВыщёння равномерности вращения, каждый канал усиления снабжен дополнительгно ключом, расположенным в цепи запирания, управляющие цепи которого соединень. с выходом линейного усилителя. 2.Вентильный электродвигатель по п. 1, отличающийся тем, что усилитель выполнен в виде последовательно соединенных операционного -усилителя, общая точка которого соедиТ1ена со средHdt точкой делителя, подключенного параллельно генераторам Холла, и двухтактного Эмиттерного повторителя, выполненного на двух транзисторах различного типа проводимости, причем коллекторная цепь транзистора, тип провоаимости которого типу проводимости силового транзистора, со единена с базой делового транзистора, а коллекторная цепь второго транзистора .эмиттерного повторителя соединена с управляющим входом ключа в це-пи запирания. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе l.AvCtiiv fiir tectinisctieyi ЛЛез - ,1968,s.79-82, 2. Патент ФРГ № 230938о кл. 21 d .39, 1976. К систепе pezijAupoSa частоты о(ащени/1

/(Входам коммутатора . г-ет