Вентильный электродвигатель

(72) Ааизобре В, А, Соловьев и ген ия ский ордена Трудового Красйого Знамени текстильный институт(7) Эаяаитель ВЕН ТИЛЬНЫЙ ЭЛЕКТРОДВИГАТ ЕЛЬ оте постоя ния ге прохо ат ждением по аале йия.ибглее блии достигае ности ретен яе ых двигателей секций обмотки достатком, известся влияние на т Йаобретение относится к электрическиммашинам, а точнее к вентильным электродвигателям постоянного тока и можетбыть испольаовано в аппаратях звуко- ивидеозаписи,Известны вентильные электродвигатели(ВД), содержащие статор, на котором расположены секции обмотки, ротор в видепостоянного магнита, обладающий синусоидальным распределением магнитной ин - лодукции в рабочем воздушном зазоре, генераторы Холла, расположенные в рабочемвоздушном аазоре, транзисторный коммутатор секций обмотки, подключенный к выводам напряжения генераторов Холла, исистему регулирования частоты вращения,к выходу которой подключены токовые выводы генераторов Холла, причем регулирт .вание частоты вращения осуществляетсяизменением . величины тока, проходящегопо токовым выводам генераторов Холла 1Не тн нциала выводов напряже.- Холла,обусловленного ихтоковым выводам тоэким по технической сущмому,реаультату к изобя вентильный электродвигатель 2Он содержит статор с секциями обмотки, ротор в виде постоянного магнита, обладающий синусоидальным распределением магнитной индукции в рабочем воздушном зазоре, генераторы Холла, расположенные в рабочем воздушном зааре, токовые выводы которых предназначены для подключенйя к системе регулирования частоты вращения ротора, делитель напряжения и коммутатор секций обмотки, выполненный в виде отдельйыхканалов с силовыми транзисторами, причем каждый канал коммутатора подсоединен к одному из выводов напряжения генераторов Холла, ь для снижения влияния на ток секций обмотки постоянного потенциала выводовнапряжения Холла в каждые два смежныхканала коммутатора введена электрическая: "схеМв состоящая из транзистора, в коллекторную и эмиттерную цепи котороговключены резисторы, а база соединена сс,средним выводом делителя напряжения, фподключенного параллельно выводам напряжения генераторов Холла, К эмиттеруэтого транзистора через резистор подключены соединенные между собой амиттеры входных транзисторов смежных,иана- фллв коммутатора; базы к торых присоедй: иены к выводам напряжения одного иэ ге-,нератров Х плв, а коллекторы соединеныс базами силовых транзисторов.Нед статком иавестного двигателя яв 1ляется недостаточная равномерность вращения иа-за искажений полусинусоидвльныхтокв вовключенных секциях обмотки, Этиискажения возникают в результате того,что в коммутаторе, двигателя кпереходам Ибазаэмиттер входных транзисторов кана-.лов, коммутатора прикладывается изменяющееся по синусоидальному закону напряжение выводов напряжения генераторовХолла. Иа теории транзисторов известно, фчто входная характеристика транзистора,т.е, зависимость базы 16 от прямого нвпряжения О - , приложенного к перехоОЭду база-эмйттер нелйнейна и носит экспоненциальный характер, а коллекторный тгк1транзистора определяется из выраженияк=а " о )где- коэффициент передачи тжв бвзьц- обратный ток коллектора, т.е,ЭЗКОток череа переход коллекторбаза при отключенном эмиттере.РВ результате этно токи баз входных транзйсторов каналов коммутатора атого49 двйгателя при подаче на их переходы баав-амиттер синусоидальных напряжений с выводов напряжения генераторов Холла ие будут иметь полусинусоидвльную Форму. Их кллекторные токи, которые однсвр менно являются токами баз силовых тран- зисторов, будутискаженыи токи секций обмотки двигателя., Это приводит к снижению равномерности вращения бесконтактного двигателя постоянного тока,Кроме того, одновременно по всем сек- циям обмотки двигателя проходят постоянные тки обуслвленные обратными токами коллекторов транаисторов коммутатора, Эти равные по величине из-за рвзбрпса параметров транзисторов токи соадвют в двигателе неподвижное магнитное поле. Оно дополнительно увеличивает неравномерн ость вращения двигателя, в так же приводит к снижению его КПД за счет возрастания тепловых потерь в секциях обмотки и транзисторах коммутатора,Пелью изобретения является повышение равномерности врвшения двигателя данного типа. Для атого в каждый канал коммутатора введена ключевая схема, а канал выйолнеи в виде масштабного усилителя, включающего операционный усипитель и двухтактный эмиттерный повторитель на двух транзисторах, один из которых имеет структу, ИП, а другой -р- й-р, причем неинвертируюший вход операционного усилителя соединен с одним из выводов напряжения генераторовХолла параллельно токовым выводам которых подключен делитель напряжения в его средняя точка соединена с общим выводом операционного усилителя, выход которого соединен со входом двухтвктного амиттерного повтори теля, при этом коллектор его транзистора структуры й-р- И соединен с базой силсг вого транзистора, а коллектор транзистора,структуры р-. И-р - с одним иа входв ключевой схемы второй вход которой предназначен для подключения к отрицательному полВсу источника питания двигателя; один иа выходов ключевой схемы присоединен к базе силового транзистора, а вто-. рой предназначен для подключения к положительному полюсу источника напряжения смещения, отрицательный полюс которого 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 токов, проходящих по выключенным секциям,На чертеже представлен предлагаемый двигатель, принципиальная электрическая схема. Двигатель содержит статор с четырьмя секциями обмотки 1, ротор в виде постоянного магнита, обладающий си нусоидвльным распределением магнитной индукции в рабочем воздушном зааоре, генераторы Холла 2,3, расположенные в рабочем воздушном зазоре. Параллельно ихтоковым выводам, предназначенным для подключения к системе регулирования частоты вращения, присоединен делитель напряжения, состоящий из двух последовательно включенйых резисторов 4,8; Управление.токами секций обмотки осушетвляетсякоммутатором, выполненным в виде от дельных каналов, Каждый канал коммутатор ров содержит ключевую схему 6, силовой транзистор 7, в коллекторную цепь которого включена секция обмотки 1, и масштабный усилитель, состояшнй из операционного усилителя 8 и двухтактного эмиттерного повторителя на двух транзисторах 9, 10 разных структур, Тран О зистор 9 имеет структуру П -р, а транзистор 10 - р-И-р, Неинвертирующий вход операционного усилителя 8 соединенс одним из выводов (пл чертежу с левым) напряжения генератора Холла 2. Другой 1 его вывод напряжения подключен к неинвертируюшему входу операционного усилителя смежного канала коммутатора, а выводы напряжения генератора Холла 3 таким же способлм подключень 3 к двум другим 20 смежным каналам. Общий вывод операци- онного усилителя 8 соединен с обшей точкой резисторов 4,5, представляющую сгг бой среднюю точку делителя напряжения. К выходу операционного усилителя 8 под соединены базы транзисторов 9,10 двухтактного эмиттерного повторителя. Нагру экой этих. транзисторов является резистор 11, включенный между соединенными вмес-, те их эмиттерами и обшим выводом операционного усилителя 8. Переменный резистор 12, включенный между общей точькой эмиттеров транзисторов 9, 10. и ин-. вертируюшим входом операционного усилителя 8, и резистор 13, включенный между общим выводом и инвертируюшим вхо-. дом операционного усилителя 8, обеспечивают работу этно операционного усилителя и двухтактного эмиттерного повторителя на транзисторах 9, 10 в качестве ма 40 сштабного усилителя. Коллектор транзистора 9 соединен с базой силового транзистора 7, эмнттер которого присоединенЪк положительному полюсу источника "питания двигателя. В целях обеспечения температурной стабилизации режима работы силового транзистора 7 параллельно его переходу база-эмиттер включен терморезистор 14. Коллектор траизис гора 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 садового транзистора 7, а второй к положительному полюсу источника напряжения смещения, отрицатель- ный полюс которого соединен с положитель,ным полюсом источника питания двигателя. При прохождении по токовым выводам генераторов Хвала 2,3 татаа управления напряжение на их выводах при вращении ротора двигателя вследствие сицусоидального распределения магнитной индукции в рабочем зазоре будет изменяться по синусоидальному закону, Потенциал эквипотенциальных точек генераторов Холла 2, 3, в результате того, что общий вывод операционного усилителя 8 соединен со средней точкой делителя напряжения на резисторах 4,5, подключенного параллельно токовым выводам генераторов Холла 2,3, будет равен ;потенциалу общего вы вода операционного усилителя 8 и не будет изменяться при изменении тока уп равления. Поэтому при вращении ротора двигателя. в зависимости от его положения иа неинвертирующий вход операционного усилителя 8 относительно его обЫеговывода будет.подаваться или положительная, или отрицательная полуволны синусоидального напряжения вывода напряжения генератора Холла 2. Амплитуда этого синусоидального напряжения зависит от величины тока управления.При положении ротора двигателя, при котором на неинвертирующий вход опеуационного усилится 8 будет подано относительно его обшего вывода с вывода напряжения генератора Холла 2 напряжение положительной полярности, закрываеч ся транзистор 10 и открывается транзистор 9 двухтактного эмиттерного повторителя, Возникающее при прохождении эмиттерного тока 1 1 транзистора 9 по резистору 11 падение напряжения на нем будет равно0% = 1 Э 1%1 61 (1+ Р 4 )К К О ГХ где й - величина сопротивления резистора 11;1 - ток базы транзистора 9;р - коэффициент передачи тока ба 01эы транзистора 9;К - коэффициент усиления масштабного усилителя, равный отношенйю величины сопротивления переменного резистора 12к величине резистора 13;Ц - напряжение на выводе напряГХжения генератора Холла 2 относительно общего выводаоперационного усилителя 8, .При использовании транзистора 9 со значением730-50 ток его коллекттра 1 К 1 будет мало отличаться от тока эмиттераК 11 д 1 Э 1664265 7 8 Иа этого следуе, о ледует что иаменения кол- поле которое приводит во вращение рсг 1Формула лекторного. тра транзистора 9 будут тор.и опорциональны изменениям напряпрямо ропорц Таким образм, уменьшение искаженийжения вывода напряжения генератора Хол- токов полусинусоидальной формы во вклюла.2 относительно общего вывода опера- ченных секциях обмотки и снижение нацио гионного усицителя 8 положительной йо- ф 1-2 порядка величин постоянных токов,ляриости, В этот момент, в связи с тем, проходящих по выключенным секциям,что транзистор 10 аакрыт, ключевая схе- существенно повышает равномерностьма 7 будет закрыта. Сопротивление тер- вращения и КПД-вентильного алектрсмореаистора 14, шунтирующего переход-двигателя данного типа. Это позволяет исбааа-амиттер силового транзистора 7, йо 4 е пользомть его в электроприводах пересравнению с сопротивлением-постоянному. ноСных и передвижных аппаратов звуко току этого перехода велико поэтому кол- и видеозаписи с батарейным питанием.1лекторный ток полусинусоидальной формытранзистора 9 будет током базы силового транзистора 7. По секции обмотки 1 и иаобретениядвигателя в этот момент проходит коллекторный ток 1 1силового транзистора 1, Вентильный электродвигатель, со 7Равный держащий ротор с системой возбуждения,обеспечивающей синусоидальное распреде=Ь+ (.1+Ъ 1йф ление индукции в воздушном аазоре, игдец; - коаффициент передачи то- статор с якорной обмоткой, каждая секцияlка базысилового транзит-: которой соединена с выходом одного изтора 7;,каналов усиления, состоящего иасилово- обратный ток коллектора го транзистора, база которого соединенако 2силового транзистора 7. фф е выходом линейного усилителя, вход коУстановка необходимойамйлитудыто- торого соединен с выходом расположеннока секции обмотки 1 осуществляется пе- го в воздушном зазоре генератора Холла,ременным резистором 12. и с одним из выходов цепи запирания, о тличающийсятем,что, сцельюВ момент, когда ротор двигателя на-повышения равномерности вращения, каж 30ходится в положении, когда на неинверти- дый канал усиления снабжен дополнительрующий вход операционного усилителя 8 ноключом, расположенным в цепи эапирабудет подано относительно его общего ния, управляющиецепи которого соединень.вывода с вывода напряжения генератора с выходм линейного усилителя,Холла 2 напряжение отрицательной по 352. Вентильный электродвигатель полярности, закрывается транзистор 9 и и. 1, отличающийсятем,чтооткрывается транзистор 10 двухтакт- усилитель выполнен в виде последовательного эмиттерного повторителя. По вход--- ,"но соединенных операционного усилителя,ной цепи ключевой схемы прохсаит ток, общая точка которого соединена со сред 40и она открывается. База силового тран - .ней точкой делителя, подключенного пазистора 7 через открытую ключевую схе- .,Раллельно генераторам Холла, и двухтактму 6 подключается к положительному по- ного амиттерного повторителя, выполненлюсу источника напряжения смещения, Си- ного на двух транзисторах различного тиловой транзистор 7 запирается. По сек- -па проводимости, причем коллекторная цепь43ции обмотки 1 в этом случае проходит транзистора, тип проводимости которогообратен типу проводимости силового транК 2 Козистора, соединена с базой силового транК 2 КО 2аистора, а коллекторная цепь второгоАналогичные процессы происходят во тРанзистора .амиттерного повторителя сое 51всех каналах коммутатора. При атом од- динена с управляющим входом ключа в це. новременно, в связи с тем, что генера пи запирания.торы Холла 2,3 в рабочем воздушном за- Источники информации, принятые возоре двигателя расположены под углом внимание при экспертизе90", будут включены две и выключены 1,"Агсп 1 ч аког 1 ссМ 1 асйеи Мсадве секции обмотки 1, В результате это Р 111968,8.79-82,го в статоре двигателя создается равно. 2. Патент фРГ М 2309380,мерно вращающееся круговое магнитное,кл, 21 д Л 9, 1976.664265 л 6 хо 8 ан Составитель А. СанталовРедактор Ю, Челюканов Техред;М. Петко Корректор О, Билак 3 писное акав 3012/51 Тираж ЦНИИПИ Государствен по делам избрет 113035, Москва, Ж 35, л сист регул щл айаг дРаще Подого комитета СССРений и открытийРаущская наб., д. 4/5