Вентильный электродвигатель

ОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ м 964 884 Севз СоветскихСецивлистическикРеспублик(22) Заявлено 13,04,81 (21) 3274780/24-07 31) М. Кт 1. с присоединением заявки Мо -Н 02 К 29/02 Государственный комитет СССР по делам изобретений и открытий. 382 (088. 8) Дата опубликования описания 07. 10. 82 Р.К. Памфилов, Н.М. Минкин; Ю,М. Беленький,Г.С. Зеленков и А,Г. Микеров(72) Авторы изобретения ВЮСОЯЗНЮ ИАТЕНТИСТЕХНИЧЕСИЛЯ(54 ) ВЕНТИЛЬНЫЙ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЬ Изобретение относится к электричЕским машинам, а именно к электрическим двигателям постоянного тока с бесконтактной коммутацией, осуществля-. емой с помощью полупроводниковых приборов. Оно предназначено для исполь зования преимущественно в электрических машинах, работающих в качестве моментных двигателей приводов следящих систем и систем стабилизации объектов различного назначения.Известен вентильный электродвигатель, содержащий ротор, статор, датчик положения ротора (ДП) и электронный коммутатор, в котором коммутация обмоток якоря осуществляется дискретно по сигналам ДП импульсного типа, например, фотодатчика 1).Недостатком этого электродвигателя является нестабильность скорости вращения, вызванная пульсацией вращающегося момента вследствие дискретности коммутации.Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является вентильный электродвигатель (ВД), содержащий ротор, статор с обмоткой якоря, секции которой подключены к выходам фазочувствительных усилителей-преобразовате лей,.вход которых соединен с расположенной на статоре вторичной обмоткой, датчика положения ротора, первичная обмотка которого подключена к цепи питания высокой частоты. В устройстве совмещены магнитные и электрические цепи двигателя и датчика положения 12.Недостатками известного электродвигателя являются значительная масса и габариты, так как его необходимо выполнять с электромагнитным. возбуждением. 15 Целью изобретения является сниже-Ние массы и габаритов (ВД) за счетобеспечения возможности его выполне-;.ния с возбуждением от постоянных маг-нитов;, Поставленная цель цостигается тем,что ротор двигателя выполнен в видечередующихся магнитомягких полюсовразличной высоты, между которыми размещены тангенциально намагниченные 25 постоянные магниты, а первичная обмотка выполнена с шагом, в два разаменьшим шага вторичной обмотКи, и расположена на статоре.Для четкой работы коммутатора раз . ность высот соседних полюсов роторапревышает величину воздушного зазорамежду статором и ротором.Как н в известном двигателе можетбыть осуществлено подключение обьюток якоря двигателя ко входам Фазочувствительных усилителей-преобразова 5телей через фильтры высоких частот.На Фиг. 1 представлена Функциональная схема предлагаемого устройства;на фиг. 2 - пример конструктивноговыполнения ротора устройства с Р ж 4110на фиг. 3 - пример схемы обмотки предлагаемого устройства; на фиг. 4 - видмагнйтной цепи потока постоянных маг-нитов ротора; на фиг. 5 - то же, первичной обмотки ДН. 15Вентильный электродвигатель содержит синхронную машину 1 с постоянным,магнитом 2 на роторе 3 и обмотками 4и 5 статора (якоря), смещенными взаимно на 90 О и.подключенными к выхо-. фдам фазочувствительных усилителейпреобразователей 6 и 7. датчик положе;ния (ДП) 8 выполнен в виде бесхонтактного индукционного датчика типа индуктосин, все обмотки 9-11 которогоразмещены на статоре, причем первичная обмотка 9 подключена к источнику12 переменного напряжения, а вторичные обмотки 10 и 11 подключены ко входам фазочувствительных усилителейпреобразователей 6 и 7. Ротор 3 устройства (фиг. 2) содержит постоянныемагниты 2, установленные радиально инамагниченные в тангенциальном направтлении, Магниты 2 закреплены на втулке13 из немагнитного материала и разделены полюсами 14 и 15 нз магнитомяг-кого материала. Полюсы 14 и 15 ротора выполнены разной высоты Ь и Ь 2,причем полюсы,15 большей высоты чередуются с полюсами 14 меньшей выстоты. Разность Ь 2 - Ь 1 должна бытьбольше размера воздушного зазора Ф 1.Обмотки 16 статора (ВД) могут бытьвыполнены в простейшем случае, какпоказано на фиг. 3, где в шестнадцати 45пазах магнитопровода статора расположена первичная обмотка (обмотка возбуждения) 12 ДП, с выводами 1 иимеющая число пар полюсов Р - 8,а - а и 3 - 5 - вторичные обмоткия к н10 и 11 ДП с числом пар полюсов Р: 4,Ан - Ак и В- В- обмотки 4 и 5якоря с числом пар полюсов Р : 4,(точкой отмечены одноименные выводысекций обмоток).55Как н в известном устройстве обмотки 4 н 5 якоря могут быть соединены со входами усилителей-преобразователей б и 7 через фильтры высокихчастот. В этом случае они одновременно являются обмотками СД и ДП, а обьютки 10 и 11 отсутствуют.Электродвигатель работает следующим образом,При выдаче входного сигнала от источника 12 переменного напряжения пер 65 евичная обмотка ц создает в магнитопроводе переменный магнитный поток.Кроме того, в магнитопроводе суб(ествует магнитный поток постоянных магнитов 2 ротора 3. Несмотря на то,что эти потоки действуют в общей магйитной цепи, их можно рассматриватьотдельно при выполнении следующихусловий: магнитопровод не нас)зщен;магнитные потоки первичной обьютки ипостоянных магнитов ротора значительно разнесены по частоте,Первое условие обеспечиватся выбором материала и сечения магнитопровода, а второе - применением источника 12 переменного напряжения с на- .пряжением достаточно высокой частоты. Например, бесконтактные моментные электродвигатели серии ДМВ и ДБМимеют число пар полюсов Р,: 8, а номинальную частоту вращения не болееи = 600 об/мин. Следовательно, частота изменения магнитного потока постоюянных магнитов ротора ЕР :- Р=80 Гц.60Тогда при частоте напряжения источника 12, равной 1 кГц и более, можносчитать процессы, происходящие в магнитных цепях от магнитных потоков постоянных магнитов ротора и первичной обмотки статора, независимыми.В этом случае магнитную цепь магнитного потока постоянных магнитов ротора с полюсами разной высоты (фиг, 3)можно заменить на эквивалентную магнитную цепь (фиг. 5), где полюса 14 и15 ротора 3 имеют одинаковую среднююэквивалентную высоту (штриховой линией показана фактическая конфигурация полюсов ротора). Таким образом,магнитная цепь магнитного потока постоянных магнитов имеет увеличенныйразмер воздушного зазора, что, согласно теории электрических машин, учитывается коэффициентом Картера. Одакоувеличение зазора .существенно не влияет на свойства электродвигателя, таккак постоянные магниты ротора выполнены из современных сплавов на ос,нове редкоземельных элементов (например 5 т и Со 5), нечувствительных квеличине воздушного зазора, а катушки одной секции, расположенные подразными парами полюсов, соединеныпоследовательно. Для переменного магнитного потока первичной обмотки 9 эквивалентная схема магнитопровода приведена на Фиг. 5. Число г зубцов ротора равно числу полюсов большей высоты, т.е. Р. Эта магнитная цепь идентична магнитной цепи известного бесконтактного индукционного датчика угла.Число и форма пазов и размещение первичной и вторичной обмоток ДП и обмоток СМ для получения необходиьюго функционального закона изменения ЭДС и тока в обмотках СМ осуществляетсяизвестными способами согласно теории электрическихмашин и индукционных датчиков типа редуктосин.При этом необходимый закон изменения.индуктивных сопротивлений получается подбором величины воздушного зазора и Формы зубцов, высота а которых превьааает величину воздушного зазораф и ф 1" 1 1где Ь " высота полюса 15 (большейвысоты)5Ь - высота полюса 14 (малой высоты).Напряжения переменного тока с об-. моток 12 и 13 (Фиг. 1) преобразуются в фазочувствительных усилителях-преобразователях 6 и 7 в напряжения постоянного тока, которые подаются в обмотки 4 и 5 якоря и создают вращающее магнитное поле в расточке статора синхронного двигателя, Взаимодействие этого поля с полем, образуеиюм постоянными магнитами 2 ротора 3, создает постоянный вращающийся момент электродвигателя.Как и в известном устройстве в качестве вторичных обмоток синуснокосинусного индукционного датчика могут быть использованы обмотки 5 и 4 якоря, идентичные, однако при этом необходимо разделять составляющие высокой и низкой частоты с помощью соответствующих фильтров. Для примера рассматривалась рабо-та (ВД) с числом пар полюсов Р : 4,однако.,в предлагаемом устройствечисло пар полюсов может быть любым.Формула изобретения5 1. Вентильный электродвигатель,содержащий ротор, статор с обмоткойякоря, секции которой подключены квыходам фазочувствительных усилителей,преобразователей, вход которых соеди 10 нен с расположенной на статоре вторичной обмоткой датчика положения ротс" .ра, первичная обмотка которого под;ключена к цепи питания высокой частоты, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что,15 с целью снижения массы и габаритов,ротор. двигателя, выполнен в виде .ередующихся магнитомягких полюсов различной высоты, между которыми размецены тангенциально намагниченные постоянные магниты, а первичная обмоткавыполнена с шагом, в два раза меньшимшага вторичной обмотки, и расположена на статоре.2. Электродвигатель по и. 1, о т -25 .л и ч а ю щ и й с я тем, что разностьвысот соседних полюсов ротора превышает величину. воздушного зазора междустатором и ротором.ИСГочники информацинупринятые во внимание при экспертизе1. Патент США 9 3667018,кл. 318-138, 1970.2Авторское свидетельство СССР9 512545, кл. Н 02 К 29/02, 1970.9 б 4 884 Составитель А,ук Техред И.Гайду итал орректор Г. Решетки филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 Редактор А Заказ 7682 41 Тираж 721, ВНИИПИ Государствпо делам иэобре 113035, Москва, Ж"35 Подписнонного комитета СССРОний и окрытийРаушская наб., д. 4