Вентильный электродвигатель

СОЮЗ СОВЕТСКИХФРИЛаЮШМИРЕСПУБЛИК 1 Ш Н 02 К 29/02 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ ТЕЛЬС Н АВ ГОРСНО ев Н.И.тоянноммутатора25-28,л, Н 02 Р 5/16, 1972Ю ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТЮ(56) 1. Игнатов В.А., Корицкий А.В.Мордвинов В.А. Электрические микромашины переменного тока интегрального исполнения, М., Энергия,1975, с. 8-11.2.Овчинников И.Е.,ЛебедБесконтактные двигатели,посго тока с транзисторными коми. Л., фНаука, 1979, с.3. Заявка ФРГ М 2251292ЯО 1062829 А(54)(57) 1.ВЕНТИЛЬНЫЙ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЪ, содержащий ротор, выполненныйиз постоянного магнита, беспазовыйякорь,с многофазной обмоткой, секциикоторой соединены с выходом преобразователя частоты, управляющие цепикоторого связаны с чувствительнымиэлементами датчика положения ротора, о т л и ч а ю щ и й с я тем,что, с целью повышения равномерноговращения, обмотка якоря выполненадвухслойной, активная часть каждогопроводника выполнена пилообразнойформы, причем проводник каждойсекции одного слоя находится напротив изоляционного промежутка междупроводниками другого слоя, в котором расположенЫ соседние секции.1062829 2. Электродвигатель по п.1, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что обмотка якоря в активной зоне выполнена с шириной проводника, равной ширине изоляционного промежутка между проводниками.3. Электродвигатель по пп,1 и 2, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что вершины двух соседних проводников одного слоя лежат на одном радиусе, а углы при вершинах изломов лежат в пределах 60-120 О. 4Электродвигатель по пп.1-3, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что обмотка якоря выполнена в виде нескольких одинаковых дисков, на каждом из которых расположена многофаз 1. Изобретение относится к электротехнике, в частности к вентильным , электродвигателям (ВД) с бесконтактной коммутацией обмоток, применяемым в устройствах записи и воспроиэ ведения информации.Известны ВД с бесконтактной коммутацией, в которых обмотка якоря приводного двигателя выполнена методом печатного монтажа(11е 39Однако в таких конструкциях при сверхтихоходном исполнении не обеспечивается устойчивость и высокая равномерность движения, необходимые для исключения искажения записываемой и считываемой информаций.Известны также бесконтактные электрические приводы с транзисторными коммутаторами, где якорь приводного двигателя выполнен с пазами, а ро" тор представляет собой цилиндрический постоянный магнит 2 1.Недостатком этого привода является большое время разгона до устано.- вившейся скорости вращения (11 с), большая металлоемкость, значительные габариты (масса 2,5 кг) и стоимость изготовления.Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является бесконтактный,30 вентильный электродвигатель, содержащий ротор, выполненный из постоян" ного магнита, беспазовый якорь с многофазной обмоткой, секции которой соединены с выходом преобразователя 35 частоты, управляющие цепи которого связаны счувствительными элементами датчика положения ротора 3 3.Применение шестнадцати катушек без сердечника, расположенных в два 40 слоя, системы обратной связи по сконая обмотка, а одноименные секции разных дисков соединены последова тельно.5, Электродвигатель по пп. 1-4, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что якорь снабжен второй аналогичной группой дисков, обмотки которых соединены с выходом преобразователя частоты, выполненного с воэможностью подачи напряжения со сдвигом по Фазе на угол 1.80 О/К, где К - номер высшей гармоники, имеющей наибольшую ампли" туду.6Электродвигатель по пп.1-5, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что якорь снабжен электропроводящим не- магнитным диском, расположенным между обмоткой и магнитопроводом якоря. Ф 2рости и положение ротора позволяют обеспечить хорошую равномерность движения, но ценой значительного усложнения технологии изготовления привода и увеличения габаритов (осе" вой длины) приводного двигателя.вместе с тем равномерность движения . и в этом случае даже при наличии больших маховых масс не обеспечивается лучше, чем 0,15.Цель изобретения - упрощение кон-. струкции и уменьшение габаритов при высоксй равномерности движения в сверхтихоходном варианте исполнения,Указанная цель достигается тем, что в вентильном электродвигателе, содержащем ротор, выполненный иэ постоянного магнита, беспазовый якорь с многоФазной обмоткой, секции которой соецинены с выходом преобразователя частоты, управляющие цепи которсго связаны с чувствительными элементами датчика положения ротс" ра, обмотка якоря выполнена двухслойной, активная часть ка.кдого проводника выполнена пилообразной формы и расположена таким образом что проводник каждой секции одного слоя находится нпротив изоляционного промежутка между проводниками другого слоя, в котором расположены соседние секции.Для повышения технологично"ти обмотка якоря в активной зочз может быть выполнена с шириной провод 1 ника, равной ширине изоляционного промежутка между проводниками.Лучшее использование активных ма териалов может быть достигнуто в том случае, когда вершины двух сосед них проводников одного слоя лежат на одном радиусе, а угля при верши1062829 пилообразную форму, при этом верши;ны 15 и 16 изломов двух смежных10 проводников, примыкающих один к дру 15 20 25 30 35 40 45 50 ВД работает следующим образом.Преобразователь 1, получая пита 55 ние от сети, преобразует его в двухфазное синусоидальное напряжение переменного тока частоты вращенияротора. Последнее обеспечиваетсяза счет сигналов с датчиков положе-. - 60 ния 9 и скорости вращения 10, Токчастоты вращения ротора, проходя пообмоткам 17 и 18 .(27 и 28), взаимодействует с магнитным потоком кольцевого магнита 5, при этом создает ся вращающий момент, разгоняют,лй нах изломов лежат в пределах 60120 б,Для использования при повышенномнапряжении и повышения равномерностиобмотка якоря выполнена в виде нескольких одинаковых дисков, н каждом из которых расположена многофазная обмотка, а одноименные секцииразных дисков соединены последовательно.Для повышения равномерности якорьможет быть снабжен второй аналогичной группой дисков, обмотки которыхсоединены с выходом преобразователя частоты, выполненныес вьзможностью подачи напряжения со сдвигомпо фазе на угол 180 о/К, где К -номер высшей гармоники, имеющей наибольшую амплитуду.Кроме того, якорь может быть снабжен электропроводящим немагнитнымдиском, расположенным между обмоткой и магнитопроводом якоря.На фиг, 1 показана функциональнаясхема ВД; на фиг. 2 - один из возможных вариантов развернутой схемыобмотки якоря при двухфазном исполнении и двухполюсном двигателе; нафиг. 3 - фрагмент реальной обмотки,выполненной на диске при четырехпарах полюсов; фиг. 4 - вариантустройства привода с якорем из нескольких дисков; фиг. 5 - включениедисков со сдвигом по фазе питающихнапряжений.ВД (фиг1) содержит преобразователь 1 частоты, предназначенный дляпреобразования напряжения сети вдвухфазное (в общем случае многофазное) синусоидальное напряжение стабильной частоты, которое подаетсяна электродвигатель 2, т.ена егообмотку 3 якоря 4, расположенногомежду ферритовым кольцевым магнитом 5 и замыкателем б магнитногопотока. Ферритовый магнит.5 жесткосвязан с массивным диском 7, являющимся исполнительным органом, накотором располагается носитель информации.Преобразователь 1 построен н.ьполупроводниковых приборах и управ-ляется устройством 8 управления, которое, в общем случае, включает ге нератор эталонной частоты и схемуобработки сигналов, получаемых счувствительных элементоэ датчика 9положения и датчика 10 угловой скорости вращения ротора, элементы которых ра"положены на верхней панели11 якоря 4, На нижней позерхностиэтой панели расположен немагнитный электропроводящий, например, медный диск 12.якорь 4 электродвигателя 2 (фиг.2и 3) в простейшем случае представляет собой немагнитный диск, на лицевой и обратной поверхностях которого методом печатного монтажа нанесены активные проводники . При этомкаждая секция многофазной обмотки якоря состоит из первого 13 и второ 4 го 14 активных проводников. Секции,образуя воновую,обмотку, соединены в каждой фазе последовательно. Активные проводники плоские и имеют гому, лежат на одном и том же радиусе. Величина угла при вершинах 15 и 16 изломов иэ условий упрощения технологии изготовления печатной обмотки выбрана в пределах 60-120 О. Ширина активного проводника 13, измеренная по дуге окружности рабочей поверхности диска, не превышает ширины промежутка между активными проводниками.Второй активный проводник 14 каждой секции проходит по обратной поверхности диска (на фиг. 2 и 3 это показано пунктиром), переход осущест вляется через отверстия в диске (на фиг. 2 и 3 они показаны точками), проводник располагается против промежутка между двумя активными проводниками на лицевой поверхности диска.На фиг. 2 схема печатной обмотки показана условно, развернутая в прямоугольник, а для упрощения - при одной паре полюсов, но для двух фаз 17 и 18 с концами 19 и 20. На фиг. 3 обмотка показана частично, но на реальной рабочей поверхности диска в восьмиполюсном варианте с единственным упрощением в изображении группы активных проводников 21 (активные проводники изображены прямыми линиями).. Для увеличения ЭДС, наводимой в обмотке якоря при вращении, следовательно для повышения устойчивости, движения, якорь целесообразно выполнить из нескольких дисков 22 - 25 (фиг. 4 и 5), разделенных немагнитными изоляционными промежутками 26. При этом обмотки отдельных дисков по каждой фазе 17 и 18 или 27 и 28 соединены последовательно. С этой же целью на нижней поверхности верхней панели 11 расположено плоское медное кольцо (диск 12)диск 7 до скорости вращения, соответствующей частоте эталонного генератора устройства 8 управления. В дальнейшем скорость вращения под" держивается стабильной за счет обратной связи по скорости вращения через датчик 10, т.е. путем сравнения текущей частоты с эталонной и выработки соответствующего управляющего воздействия при расхождении укаэанных частот.1 ОРавномерность движения, т.е. постоянство мгновенной скорости вращения, обеспечивается двумя путями: исключением высших гармоник из состава выходного напряжения элект ропреобразовательного устройства и исключением высших пространственных гармонических. составляющих из состава магнитного потока обмотки якоря. Поскольку магнитная индукция 2 О кольцевого магнита не постоянна по радиусу, а по углу изменяется не строго по синусоидальному закону, то обычными приемами (распреде лением обмотки якоря, укорочением 25 шага и скосом активных проводников) не удается исключить влияние высших пространственных гармоник МДС якоря. Применение пилообразной Формы активных проводников обеспечивает постепенное вхождение проводника в зону действия магнитного потока, причем на любом расстоянии рассматриваемой области кольцевого магнита от центра. Расположение вершин 15 и 16 излома, прилегающих один к другому проводников на общем радиусе обеспечивает плавную смену одного проводника другим при прохождении данной области кольцевого магнита. Таким образом, пилообраз 4 О ная Форма активных проводников и их особое расположение обеспечивают плавное вхождение каждой зоны с током в соответствующую область маг . нитного поля, а это значит, что дей ствие высших гармоник магнитного потока и МДС якоря по углу и радиусу взаимодействующих элементов будут взаимно уничтожаться.Форма выходного напряжения уст О ройства 1 зависит от пространственного распределения индукции магнит. ного поля магнита 5, так как формирование выходного напряжения происходит по сигналам датчиков 9 положения, реагирующих на величину индукции магнитного потока. Поэтому,если распределение поля магнита 5в пространстве несинусоидальное, товыходное напряжение преобразовате-ля.1 также будет несинусоидальньач.Однако, если предусмотреть размещение на нижней поверхности верхнейпанели 11 якоря 4 плоского медногокольца 12,то действие высших гармоникбудет ослаблено, Проводящее медноекольцо обусловливает тормозной момент, величина которого при активном характере электрических сопротивлений кольца будет пропорциональна скорости вращения ротора (М,.==Кои), т.е, действием этого моментабудет вводиться демпфирующий эффект.Другим путем ослабления действиявысших гармонических составляющихполя и, следовательно, выходного.напряжения, является разбиение дисков якоря на две группы (фиг. 5), вкаждой из которых одноименные фазыобмоток 17,18 и 27, 28 включаютсяпоследовательно. Фазы 17 и 18 получают питание от преобразовательногоустройства 1. Фазы 27 и 28 такжеподключены под двухфазное напряжение этого устройства, но напряжениена них сдвинуто от соответствующихнапрЯжений обмоток 17 и 18 наугол Ю: 80 , где к - номер выс 1800шей гармонйки напряжения, имеющейнаибольшую амплитуду. Так, например,если к:5, то о(,:360. Тогда для пятойгармоники этот сдвиг окажется равным 180 0 и созданный ею момент дляодной группы дисков будет уничтожаться моментом, обусловленным другой группой дисков,Таким образом, применение якоряс новой по форме и включению печатной обмоткой позволит обеспечитьвысокую равномерность и устойчивость движения привода в сверхтихоходном варианте исполнения. Приэтом конструкция и, следовательно,технология изготовления значительно упростятся, а осевая длина двигателя уменьшится1062829 Составитель А.Санталедактор А.Козориз Техред С.Мигунова ректор М.Ша Подписи илиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная,Заказ 10257/56 тираж 687 ВНИИПИ Государственного комитет по делам изобретений и откр 113035, Москва, Ж, Рауюская