Вентильный электродвигатель

. Изобретение относится к электротехнике и может быть применено при разработке электрических машин малой мощности, например бесконтактных электродвигателей постоянного тока с встроенным тахогенератором, применяемых в качестве приводных электродвигателей лентопротяжных механизмов, проигрывателей с прямым приводом, систем автоматики и т.д. Известны бесконтактные электродвигатели постоянного тока с встроенными тахогенераторами, которые со" держат три постоянных магнита с соответствующими магнитопроводами. Один магнит создает основное магнитное поле, другой управляет чувствительными элементами датчика положения ротора, третий применен в качестве индуктора для датчика частоты вращения 1,Практически каждое устройство представляет собой отдельную электрическую машину, вследствие чего электродвигатель в целом имеет слож. ную конструкцию и значительные размеры, особенно в осевом направлении, что составляет основные недостатки данного электродвигателя.Наиболее близким к предлагаемомуявляется вентильный электродвигатель, ротор которого содержит зуб чатый магнитопровод, к которому прикреплены два кольцевых постоянных магнита - один для создания основ" ного магнитного потока, другой для создания необходимых для датчика 15 положения и тахогенератора магнитных потоков. Таким образом, один постоянный магнит является общим дпя тахогенератора и датчика положения ротора, и один магнитопровод ф является общим для обоих постоянныхмагнитов. Для создания переменного магнитного поля, необходимого для работы тахогенератора, в магнито 972634проводе ротора и в магнитопроводе статора имеются соответствующие зубцы. Часть магнитного потока общего магнита проходит через располагающиеся на статоре магнитодиоды, магнитопроводы статора и ротора, Количество постоянных магнитов зависит от числа пар полюсов и фаз электродвигателя. Таким образом, необходимое для работы датчика поло жения переменное магнитное поле создано несколькими постоянными магнитами и в действительности общим для тахогенератора и датчика положения ротора является не один постоян- % ный магнит, а несколько постоянных магнитов 2Недостатком этого электродвигателя является то, что только один магнитопровод общего магнита установлен на роторе, а другой магнито" провод установлен на статоре, т.е. является неподвижным. При вращении ротора возникает пульсирующее магнитное поле, что вызывает в указан ном магнитопроводе дополнительные потери. Это в свою очередь приводит к уменьшению КПД, а также к снижению равномерности вращения ротора электродвигателя. К числу недостатков следует также отнести то обстоятельство, что из-эа зубцов в магнитопроводах магнитный поток через магнитодиоды является также пульсирующим, модулированным частотою тахогенератора, , цто усложняет работу датчика положения и соответствующей схемы коммутации. Целью изобретения является улуч 40шение электромеханицеских параметров КПД и равномерности вращения ).Поставленная цель достигается тем,цто к указанному общему постоянномумагниту примыкает магнитопровод, ус 43тановленный относительно ярма с зазорами, причем поверхность одного изэлементов, образующая зазоры, выполнена зубчатой, в одном зазоре неподвижно установлены чувствительныеэлементы датчика постоянного режима,а в другом - обмотка тахогенератора.Поверхность другого элемента,образующего зазоры, выполнена зубчатой, при этом их выступы и впадины расположены соответственно напротив друг друга.Поверхность кольцевого магнитопровода, обращенная к ярму, выполнена зубчатой, а поверхность ярма - гладкой.Кроме того, поверхность кольцевого магнитопроводаобращенная к ярму, выполнена гладкой, а поверхность ярма - зубчатой.Сущность изобретения поясняется на примере вентильного электродвигателя постоянного тока плоского исполнения с дисковой обмоткой статора, с возбуждением от постоянных магнитов.На фиг. 1 представлен электродвигатель, осевой разрез; на фиг, 2- конфигурация магнитопровода и расположение датчика положения, разрез А-А на фиг,1; на фиг. 3 - обмотка датчика скорости, разрез б-Б на фиг,1; на фиг. 4 - расположение обмотки датчика скорости и зубчатого магнитопровода разрез В-В на фиг.1; на фиг. 5 - форма магнитного поля во внутреннем зазоре; на фиг. 6 - форма магнитного поля в воздушном зазоре; на фиг. 7 - расположение обмотки дат-. чика скорости и гладкого магнитопровода, вариант; на фиг. 8 - расположение датчика положения и гладкого ярма, вариант.Электродвигатель состоит из корпуса 1, выполненного заодно с цилиндрической втулкой 2,внутри которой в подшипниках 3 установлен вал 4.К валу прикреплено дискообразное магнитное ярмо 5, к которому через кольцо 6 прикреплено второе магнитное ярмо 7 сложной конфигурации, К одной торцовой поверхности последнего прикреплен кольцевой постоянный магнит 8, Постоянный магнит намагничен в аксиальном направлении так1 что на торцовой поверхности магнита образованы магнитные полюса с чередующейся полярностью. В зазоре между магнитом 8 и ярмом 5 располагается дисковая обмотка статора 9, которая прикреплена к внутренней торцовой поверхности втулки 2, выполненной ступенчатой. К другой стороне ярма 7 прикреплен одной торцовой поверхностью дополнительный постоянный магнит 10, который намагничен в аксиальном направлении так, что одна торцовая поверхность магнита имеет одну полярность, а другая - противоположную полярность. К другой торцовой поверхности дополнительного магнита 10 прикреплен кольцевой маг 5 972 нитопровод 11, по внутренней цилиндрической поверхности которого выполнены, например, шесть зубцов 12 и на наружной цилиндрической поверхности - например, тридцать зубцов 13. По внутренней поверхности ярма 7 выполнены шесть зубьев 14, а на наружной поверхности имеются тридцать выступов 15. Ярмо 7 и магнитопровод 11 установлены так, что зубцы на внут ренних поверхностях (12 и 14 соответственно ) и на наружных поверхностях (15 и 13 ) располагаются напротив друг друга. Таким образом, дополнительный постоянный магнит 10, ярмо 1 7 ( с зубцами 14 и 15 ) и магнитопровод 11 (с зубцами 12 и 13 ) образуют разомкнутую магнитную цепь с двумя воздушными зазорами; пути магнитного потока показаны на фиг,1 прерывистыми линиями. Вд внутреннем воздушном зазоре установлено основание 16 датчика положения ротора, выполненное с дугообразным выступом, к которому прикреплены, например, три чувствительных элемента 17, 18 и 19. В качестве указанных элементов можно применять магнитодиоды, магниторезисторы, датчики Молла, ферритовые кольца датчика трансформаторного типа и З 6 др. В корпусе 1 выполнена дугообразная щель, в которой установлен дугообразный выступ основания 16. Угловая ширина упомянутой щели больше,чем ширйна выступа, чем обеспечивается возмож,ность перемещения датчика положения в определенных пределах при настройке электродвигателя.В наружном воздушном зазоре установлено основание 20 с тахо- метрической обмоткой тахогенератора. 634 6метрической обмотки; путем применения изолированного обмоточного провода в указанных пазах можно размещать несколько проводников, благодаря чему увеличивается выходнойсигнал тахогенератора,Электродвигатель работает следующим образом,Обмотка статора 9 подключается кисточнику питания через электронныйблок, который коммутирует секции обмотки статора по сигналам управления,поступающим с датчика положения ротора, Вращающий момент возникает врезультате взаимодействия токов обмотки статора с магнитным полем основного магнита 8. Ввиду того, чтоярмо 7 и магнитопровод 1 имеют зубчатую конфигурацию, магнитная индукция в зазорах, в которых установлены датчики положения и тахогенератор, меняется периодически поокружности, Во внутреннем зазоре индукция меняется от значения ВВ до ВВ( фиг.5 ) с периодом 60 , а в наружномзазоре - от значения Вн до Внс периодом 12 (фиг.6).При положении ротора, показанномна фиг.2, магнитопровод 18 располагается в сильном магнитном поле В 1,а магнитодиоды 17 и 19 в слабом полеВВ. В таком положении выходной сигнал поступает с чувствительного элемента 17, а выходные сигналы с других элементов отсутствуют, Такое положение существует при повороте ротора на Ф 10 О. Затем поступает сигналсо следующего элемента (например, сэлемента 17 при повороте ротора почасовой стрелке ) и т дТахогенератор (фиг. 3) представляет собой тонкостенное кольцевое основание 20, к поверхности которого прикреплена зигзагообразная тахо- метрическая обмотка 21, состоящая, например, из шестидесяти радиальных проводников, которые соединены пос" ледовательно при помощи дугообразных проводников - внутренних 22 и наружных 23. Выводные концы обмотки 21 выполнены в виде клемм 24, Тахо- метрическая обмотка может быть выполнена из единой металлической полосы например, печатнь;м способом или штамповкой. Возможен и другой вариант ( не показан ), согласно которому на основании 20 выполнены пазы, в которых размещены проводники тахоТаким образом, на выходе датчика положения имеются последовательности сигналов, которые зависят от положения ротора в отношении неподвижных секций обмотки статора и которые через электронный блок коммутируют данные секции.При вращении магнитопровода 11 магнитное поле, которое существует в наружном зазоре (фиг.6), наводит в радиальных проводниках 21 ( фиг.4) тахометрической обмотки переменный сигнал, частота которого пропорциональна частоте вращения ротора.В электродвигателе конструкция которого изображена на фиг,1, наружный воздушный зазор выполнен плоским, а внутренний - радиальным, приэтом как магнитопровод 11, так и ярмо 7 имеет зубчатую конструкцию.Однако возможны и другие варианты конструкции электродвигателя, прикоторых оба зазора выполнены либо Зрадиальными, либо плоскими или внутренний зазор выполнен плоским а наружный зазор - радиальным. Переменные магнитные поля в зазорах, необ"ходимые для работы датчиков, воз-,никают и при таких вариантах, прикоторых только одна поверхность (либо ярма, либо магнитопровода ) имеютв зоне воздушных зазоров зубчатуюконфигурацию а обращенные к ним 3другие поверхности выполнены гладкими. Так на Фиг, 7 изображен упрощенный вариант, при котором ярмо 7имеет в зоне наружного воздушногозазора зубцы, а магнитопровод 11 имеет гладкую поверхность. На Фиг. 8изображен вариант, где поверхностьярма 7 выполнена гладкой, а поверхность магнитопровода 11 - зубчатойзубцы 12 ), 25Таким образом, в данном электродвигателе вращаются как ярмо, таки магнитопровод, между которыми установлен общий постоянный магнит,Магнитный поток в Ферромагнитных З 6элементах является постоянным, и никаких дополнительных потерь в сталии пульсирующего реактивного момента, вызывающего неравномерность частоты вращения, при вращении роторане возникает, Поток через магнитодиоды определяется только конфигурацией магнитного поля в зоне их расположения, а влияние работы тахогенератора на выходные сигналы датчикаположения отсутствует. В качествеобщего постоянного магнита можноприменять лишь один постоянный магнит с простой конФигурацией,Указанные преимущества особенносущественны в прецизионных тихоходных электродвигателях прямого привода проигрывателей, в которых возникновение дополнительных потерь инеравномерность вращения ротора являются крайне нежелательными явлениями,Формула изобретенияВентильный электродвигатель,содержащий статор, ротор с постоянным магнитом и ярмом, датчик положения ротора с магниточувствительными элементами, тахогенератор, прин.репленный к ярму общий для тахогенератора и датчика положения роторапостоянный магнит, о т л и ч а ющ и й с я тем, что, с целью повышения КПД, улучшения равномерностивращения ротора, к указанному общему постоянному магниту примыкаетмагнитопровод, установленный относительно ярма с зазорами, причем поверхность одного из элементов, образующая зазоры, выполнена зубчатой, водном зазоре неподвижно установленычувствительные элементы датчика постоянного режима, а в другом - обмотка тахогенератора,2. Электродвигатель по и, 1, о т -л и ч а ю щ и й с я тем, что поверхность другого элементаобразующегозазоры, выполнена зубчатой, при.этомих выступы и впадины расположены соответственно напротив друг друга.3Электродвигатель.по п,1, о тл и ч а ю щ и й с я тем, что поверхность кольцевого магнитопровода, обращенная к ярму, выполнена зубчатой,а поверхность ярма - гладкой.2. Электродвигатель по п,1 о тл и ч а ю щ и й с я тем, .что поверхность кольцевого магнитопровода,обращенная к ярму, выполнена гладкой,а поверхность ярма - зубчатой,Источники инФормации,принятые во внимание при экспертизеОвчинников И, Е. и др, Бесконтактные двигатели постоянного тока.М., "Наука", 1979, с. 230-2332. Авторское свидетельство СССРпо заявке У 28467 ч 3, кл. Н 02 К 29/021979.97263 ч 8532/й 7 Тираж ВНИИПИ Государственног по делам изобретений 113035, Москва, М, ее ее е ееЗак 21 ПодписноеСР комитета СС и открытий ауаская наб,е е