ZIP архив

Текст

Союз СоветскихСоциалистическихРеспублик ОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(22) Заявлено 13. 08. 80 (21) 2973587/24-07 1 М Кп 3 с присоединением заявки М Н 02 К 29/02 Государственный комитет СССР по делам изобретений и открытий(23) Приоритет -Опубликовано 300882.Бюллетень Мо 32 Дата опубликования описания 30.08,82(54) ВЕНТИЛЬННЙ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЬ Изобретение относится к электротехнике.Известны вентильные электродвигатели (ВД), содержащие датчики скоростивращения и положения ротора,с насыщающимися магнитопооводами чувствительных элементов 1,Недостатками таких двигателей являются сложность и недостаточная надежность работы устройства в целом,обусловленные невосприимчивостью чувствительных элементов к направлениювозбуждающего магнитного поля и наличием остаточных напряжений на выходедатчика, что приводит либо к снижению точности формирования выходныхимпульсов за счет нестабильности амплитуды сигнала, либо к снижению помехоустойчивости системы при выделении переменной составляющей с помощьюемкостных фильтров, что в конечномитоге не только снижает надежностьработы электродвигателей в целом,но и ограничивает область их применения,Известен также вентильный электродвигатель, содержащий ротор с расположенными на нем постоянными магнитами, статор с обмоткой якоря, секции которой соединены с выходом полупроводникового коммутатора, управля"ющие цепи ключей которого подключенык выходу индукционного датчика положения ротора, чувствительные элементы которого выполнены в вид". ферромагнитного сердечника, на которомрасположена обмотка, соединеннаяс источником высокой. частоты черезрезистор и диод, причем резисторподключен к управляющим цепям ключейкоммутатора 21 .Недостатками известного ВД являются относительно высокие масса и габариты, вызванные тем, что в многофазном варианте его исполнения чувствительные элементы должны быть размещены с максимальным сдвигом, а датчикположения ротора должен иметь отдельный постоянный магнит, либо долженбыть значительно удлинен ротор двигателя.Цель изобретения - снижение массыи габаритов двигателя.Поставленная цель достигается тем,что ферромагнитные сердечники выполнены разомкнутыми, каждый чувствитель.ный элемент снабжен аналогичными диодами с ферромагнитным сердечникоми обмоткой, соединенной с первой обЗ 0 моткой и источником высокой частотыпо дифференциальной схеме, а чувствительные элементы расположены против торцовой поверхности ротора двигателя.Причем длина сердечников по крайней мере в три раза превышает их ширину. Кроме того, сердечники по краЦней мере чувствительного элемента,выполнены в виде ферромагнитной дета"ли.Кроме того, вентильный электродвигатель снабжен инвертирующими элементами.по числу чувствительных эле-ментов, электронным переключателеми управляющим органом, включающимв себя последовательно соединенные 5дифференцирующую цепочку, интегратори компаратор, причем обмотки индуктивных чувствительных элементов подключены к полупроводниковому коммутатору через инверторы; вход каждой дифФеренцирующей цепочки подключен к выходу коммутатора, а выход компаратора соединен с электронным переключателем и инвертором,Электродвигатель снабжен нуль-органом, выполненным между чувствительными элементами и коммутатором.На фиг. 1 приведена функциональная схема бесконтактного электродвигателя; на фиг, 2 - конструктивноеисполнение индуктивных элементов исхема их включения на примере ВД сротором, содержащими намагниченныев тангенциальном направлении постоянные магниты, расположенные междуполюсами из магнитомягкого материала;35на Фиг. 3 - диаграммы напряжений навыходе датчика положения ротора;на фиг. 4 - качественная картиназависимостей В(И) = Г(Н, 1), поясняющая принцип работы датчика положе" 40ния ротора, где В - индукция в сердечнике, Н - напряженность, Ц - напряжение на обмотке датчика, 1 - токв ней.Секции обмотки 1 якоря подключены к источнику 2 питания через полупроводниковый коммутатор 3.Обмотки 4 индуктивных элементов,размещенные на Ферромагнитных разомкнутых сердечниках 5, попарно соединены по дифференциальной схеме с однополупериодным выпрямлением и подключены к источнику б переменного напряжения непосредственно или черезэлектронный ключ 7.Сигналы обмоток индуктивных элементов, выделенные на активных сопротивлениях,поступают в полупроводниковый коммутатор 3 непосредственно,через инверторы 8 или через электронные нуль-органы 9.В случае введения инвертора иэлектронного ключа 7 к их входамподключаЕтся дополнительный управляющий электронный орган 10, состоящий,из последовательно соединенных диф ференцирующей цепочки 11, интегратора 12 и компаратора 13, при этом входдифференцирующей цепочки 11 подключается к выходам полупроводниковогокоммутатора 3,Сердечники 5 индУктивных элементов одной пары устанавливаются относительно постоянных магнитов, закрепленных на роторе 14 двигателя, чтов каждый момент. времени через нихпроходит магнитный поток одинаковойвеличины. С этой целью может бытьпредусмотрена дополнительная подрегулировка в процессе их установки.Причем показаны варианты выполнения сердечников 5 в виде единой детали (фиг. 2). Также показана установка 15 полюсных наконечников состороны, обращенной к постоянным магнитам ротора (выноска 1) и ферромагнитного экрана 1 б, охватывающего лобовые части обмотки статора электродвигателя.В качестве насыщающего потока могут быть использованы не только торцовые потоки рассеяния ротора(фиг. 2), но и радиальные потоки рассеяния или часть рабочего потока ротора двигателя.Диаграммы выходных сигналов с датчика (фиг. За, б, в) соответствуютрежимам работы устройства при подключенном (Б = К(ы 1) и отключенном(е = Ю(у 1) источнике б переменногонапряжения. Там же (фиг. Зг, д, е)показаны сформированные импульсы выходного напряжения Бо = 1(ы 1) приподключении электронных нуль-органов.Проходящая через нуль (За,б,в) оги.бающая импульсов выходного напряжения.датчика, при включенном источникепеременного напряжения, имеет синусоидную форму, что позволяет значительно упростить полупроводниковый коммутатор, в качестве которого можетбыть использован обычный усилительмощности, при этом огибающая импульсов может быть получена, в частностишунтированием выходного сопротивления К емкостью С.Воэможность получения указанныхвыше функциональных зависимостейна выходе датчика (Фиг, 4) поясняется качественной картиной РЦ = Г(Н, 1),Здесь показаны кривые намагничивания(А, Б) каждого из сердечников однойпары, импульсы напряжения от источника переменного напряжения (Н з)и импульсы выходногонапряжения(Я щ,),Итак, качественная картина работыотдельного индуктивного элементааналогична принципу действия дросселя насыщения с подмагничиванием,На начальном участке наклон кривой намагничивания () определяетсяпроводимостью рассеяния магнитномупотоку, создаваемому обмотками при ненасыщенных сердечниках, при их насы65 щении потоками рассеяния постоянныхмагнитов ротора двигателя, наклонбудет тем больше (угол р ), чем больше дЛина намотки, что определяет соблюдение основного условия при выборе размера сердечников (длина значительно больше размеров, определяющихего поперечное сечение).При отсутствиинамагничивания(О зк) комплексное сопротивление обмоток, включенных по схеме (фиг. 1 1 Ои 2) одинаково и выходное напряжение равно нулю.В том же случае, когда сердечникиподмагничены потоками разного направления (+ Во), появится выходное напряжение Р вык) обусловленное разностью комплексных сопротивлений обмоток, поскольку магнитное состояниеодного из сердечников будет характеризоваться кривой намагничивания с углом наклона .с, а другогоПри изменении направления внешнегополя в обоих сердечниках (Бек,. 08 кз )изменится полярность импульсов выходного напряжения. Из принципа работыдатчика видно, что угол с 6 не можетбыть малым, т.е. магнитная цепь неможет быть замкнута, поскольку в этомслучае как при отсутствии поля постоянных магнитов ротора, так и при егодействии за счет насыщения сердечников полем, создаваемым обмотками индуктивных элементов, комплексное сопротивление обмоток будет одинаковым.Принцип работы датчика рассматривают при условии, что потоки постоянных магнитов ротора в сердечниках одной пары имеют противоположное направление. Однако данное условие не является обязательным, так как при одинаковом направлении потоков постоянного 40магнита необходимо чтобы полярностьимпульсов. питающего напряжения (У )была различна,Суцественным является равенствозначений потоков в каждый момент времени, так как только.в этом случаеобеспечивается стабильность и симметричность сигналов выходногонапряжения,.Устройство работает следующим образом. 50При подаче переменного напряженияот источника б на обмотки 4 индуктивных элементов, сигналы с датчика приотсутствии ноль-органов и инверторов,непосредственно поступают на входполупроводникового коммутатора 3.Функция полупроводникового коммутатора сводится, например, при синусно-косинусном управлении к усилениюэих сигналов за счет мощности источника 2 питания и соответствующему 60распределению выходных напряженийпо фазам обмотки 1 статора электродвигателя.Надлежащей установкой полюсныхнаконечников 15 и экрана 1 б обеспечивается требуемая форма сигналовс датчика,При дискретном управлении целесообразным техническим приемом следуетсчитать установку нуль-органов 9,формирующих импульсы Ц = Г(ц С)в момент прохождения огибающей выходных напряжений с датчика через нуль(фиг. 3), так,как при этом исключается влияние эксплуатационных условийна точность формирования импульсов,подаюцихся на обмотки статора электродвигателя.Достоинством рассматриваемого бесконтактного электродвигателя постоянного тока является возможность выбора малой величины сопротивления Й,на которых выделяются сигналы выходных напряжений с датчика, так какпри этом достигается высокая помехоустойчивость, обусловленная, в частности, малым влиянием ЭДС индукции,возникающей в обмотках индуктивныхэлементов при вращении ротора.ф В то же самое время, при дискретном управлении возможно обеспечениережимов работы электродвигателей,при котором после достижения роторомопределенной скорости вращения, источник переменного напряжения отключается, а обмотки индуктивных элементов замыкаются с обеспечением выделе.ния сигналов на сопротивление от наводимого в них ЭДС индукции. Указанная операция осуществляется электронным переключателем 7,При этом необходима установкаинверторов 8, так как ЭДС индукциибудет иметь обратную полярность поотношению к импульсам выходного напряжения датчика, выделяющихся на сопротивлении при подключенном источнике переменного напряжения.Автоматическое отключение и подключение источника переменного напряжения производится с помощью допоЛнительного электронного органа 10, включающего в себя последовательно соединенные дифференцирующую цепочку 11,интегратор 12 и компаратор 13.Дифференцирующая цепочка 11 подключена к выходам полупроводниковогокоммутатора 3. По мере разгона электродвигателя будет меняться частотаимпульсов на ее выходе пропорционально скорости вращения ротора.Уровень напряжения на выходе интегратора 12 будет тем больше, чембольше частота и, следовательно, скорость вращения ротора,При некоторой величине выходногонапряжения интегратора срабатываеткомпаратор 13 и подает команду наэлектронный переключатель 7 и инверторы 8,При снижении скорости вращенияэлектродвигателя до определенногоуровня происходит отключение компара 955398тора и соответствующее отключениеинверторов 8 и подключение источникапеременного напряжения.Такой способ управления позволяетрезко снизить мощность, затрачива-.емую на управЛение электродвигателем. 5Формула изобретения1. Вентильный электродвигатель, 10 содержащий ротор с расположенными иа йем постоянными магнитами, статор с рбмоткой якоря, секции которой соединены с выходом полупроводникового коммутатора, управляющие цепи ключей которого подключены к выходу индуктивного датчика положения ротора, чувствительные элементы которого выполнены в виде ферромагнитного сердечника, на котором расположена обмотка, соединенная с источником высокой частоты через резистор и.диод, причем резистор соединен с управляющими цепями ключей коммутатора, о т л И- ч а ю щ и й с я тем, что, с целью снижения массы и габаритов, ферромагнитные сердечники выполнены разомкнутыми; каждый чувствительный элемент снабжен аналогичными диодами, ферромагнитным сердечником и обмоткой, соединенной с первой обмоткой и источз никОм высокой частоты по дифференциальной схеме, а чувствительные элементы расположены против торцовой поверхности ротора двигателя. 2. Электродвигатель по п. 1, о тл и ч а ю щ и й с я тем, что длинасердечников по крайней мере в три раза превышает их ширину.3. Вентильный электродвигательпо и. 1 и 2, о т л и ч а ю щ и й с ятем, что сердечники по крайней меречувствительного элемента выполненыв виде ферромагнитной детали.4Электродвигатель по пп. 1-3,о т л и ч а ю щ и й с.я тем, чтоон снабжен инвертирующими элементамипо числу чувствительных элементов,электронным переключателем и управля-.ющим органом, включающим в себя последовательно соединенные дифференцирующую цепочку, интегратор и компаратор, причем обмотки индуктивных чувствительных элементов подключены кполупроводниковому коммутатору черезинверторы; вход каждой дифференцирующей цепочки подключен к выходу коммутатора, а выход компаратора соединен с электронным переключателеми инвертором.5Вентильный электродвигательпо пп. 1-4, а т л и ч а ю щ и й с ятем, что он снабжен нуль-органами,включенными между чувствительнымиэлементами и коммутатором.Источники инФормациипринятые во внимание при экспертизе1. Авторское свидетельство СССРР 471639, кл. Н 02 К 29/02, 1975.2. Патент Японии Р 39-13675,кл. 55 А 42, 1964.955398 Составитель А. Санталоедактор Н. Ковалева Техред Т.Фанта тор Е, Ролекс одписное каз 4/ ая, 4 иал ППП "Патент", г. Ужгород, Ул,66/70ВНИИПИпо д1130,35 Тираж 721 осударственного ам изобретений и Москва, Ж, Ра омитета СССРоткрытийшская наб.,

Смотреть

Заявка

2973587, 13.08.1980

ЗАВОД "МАШИНОАППАРАТ"

АЛЕКСЕЕВ ГЕННАДИЙ ИОСИФОВИЧ, БЕЛЕНЬКИЙ ЮРИЙ МИРОНОВИЧ, ЕГОРОВ ЮРИЙ СЕМЕНОВИЧ, ЛЕБЕДЕВ МИХАИЛ МИХАЙЛОВИЧ, МРОЧКОВСКИЙ НИКОЛАЙ НИКОЛАЕВИЧ, МИНКИН МАРК МОИСЕЕВИЧ, МАРТЫНЕНКО СВЕТЛАНА АНАТОЛЬЕВНА, СКРЫЛЕВ АНАТОЛИЙ ВАСИЛЬЕВИЧ

МПК / Метки

МПК: H02K 29/02

Метки: вентильный, электродвигатель

Опубликовано: 30.08.1982

Код ссылки

<a href="https://patents.su/6-955398-ventilnyjj-ehlektrodvigatel.html" target="_blank" rel="follow" title="База патентов СССР">Вентильный электродвигатель</a>

Похожие патенты