Вентильный электродвигатель с тахометрическим генератором

 

Изобретение относится к электротехнике , а именно к двигателям с бесконтактном коммутацией, предназначенным для работы в электроприводе с обратной связью по частоте вращения. Целью изобретения является уменьиение габаритов. Электродвигатель снабжен тахогенератором (ТГ) с ротором 14, закрепленным на валу 1 двигателя и

СОЮЗ СОВЕТСНИК

СОЯИЛЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБ ЛИН

119) (111

ы) 4 H 02 К 29/08

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ с

К ПАТЕНТУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИ4 (21) 3876207! 24-07 (22) 10. 04. 85 (31) 1813/84 (32) 11.04.84 (33) CH (46) 23.08.88. Бюл. У 31 (71) Мавилор Систем С.А. (СН) (72) Днсампиеро Тассинарио (IT) (53) 621.313. 13.014.2, 621.382(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

1Г 972634, кл. Н 02 К 29/14, 1980. (54) ВЕНТИЛЬНЫЙ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЬ С

ТАХОМЕТРИЧЕСКИИ ГЕНЕРАТОРОМ (57) Изобретение относится к электротехнике, а именно к двигателям с бесконтактной коммутацией, предназначенным для работы в электроприводе с обратной связью по частоте вращения.

Целью изобретения является уменьаение габаритов. Электродвигатель снабкен тахогенератором (ТГ) с ротором 14, закрепленным на валу 1 двигателя и

1419531 несущим постоянные магниты 12, н неподвижным якорем 15, снабженным якорной обмоткой 17. Переключение обмотки

17 якоря ТГ н двигателя осуществляется электронными переключающими устройствами, управляемыми датчиком положения ротора. Ротор 14 ТГ выполнен в форме диска, а магнитная ось магнитов 19 параллельна валу l. Подвижная

Изобретение относится к электротехнике, в частности к электродвигателям с бесконтактной коммутацией, вентильным электродвигателям (ВД), предназначенным к работе в электро- 5 приводе с обратной связью по частоте вращения и снабженных для этого такогенератором.

Целью изобретения являеТся уменьшение габаритов вентильного электродвигателя и упрощение его конструк" ции.

На фиг. 1 показан вентильный электродвигатель, общийвид в осевом разреse; на фиг. 2 — то ме, вид со стороны магниточувствительных элементов;, на фиг. 3 — вид А на фиг. 2; на фиг.4 — расположение обмотки якоря четырехфазного тахометрического генератора; на фиг. 5 — электрическая схема обмот ток якоря четырехфазного тахометри" ческого генератора мелду собой с переключателями; на фиг. 6 — схематический вид индукции от пары полю сов N u S ротора генератора с распо- ложением магнитных датчиков; сигналы с элементов 27.1-27.4 с выхода магниточувствительных элементов в функции угла поворота ротора; сигналы для переключателей 26.1-26.4, управляющие переключением якорных обмоток тахо" метрического генератора и сигналы .

29. 1-29.8, управляющие переключением якорных обмоток двигателя; на фиг.7ЭДС, индуктированные в фазах обмот- 35 ки генератора на фиг. 5; на фиг. 8 электрическая схема силовой части двухфазного тахометрического генератора; на фиг. 9 — схема обмотки якоря двухфазного тахометрического гене 4О ратора; на фиг, 10 — ЭДС, индуктирочасть датчика положения ротора выполнена в виде самого ротора 14 ТГ, взаимодействующего с системой неподвижных магнитных датчиков 16, предпочтительно элементов Холла. Система датчиков 16 установлена на одной из сторон ротора 14 ТГ, а неподвижный якорь 15 — с другой стороны ротора 14.

4 з.п. ф-лы, ГЗил.

2 ванные на клеммах обмоток двухфазного тахометрического генератора; на фиг. Il — ротор, образованный кольцевым магнитом и двумя дисками, вид в плане; на фиг. 12 — разрез А-Афиг. I I на фиг. 13 — блок-схема устройства, управляющего переключателями двигателя и тахометрического генератора от датчика положения ротора.

На фиг. 1 показаны двигатель и тахометрический генератор, функционально и конструктивно совмещенный с датчиком положения ротора, расположенные на одном валу 1. Ротор двига-. теля снабжен четырьмя парами полюсов, а на его якоре расположена многофазная обмотка. его статор состоит из двух половинок, симметрично располол енных с калдой стороны дискообразного ротора 2, причем калдый из этих полустаторов состоит из алюминиевых фланцев 3.1 и 3.2 и якорей 4.1 и 4.2, прикрепленных к внутренней стороне фланцев 3.1 и 3.2 соответственно. Оба фланца соединены кольцом 5, образуя коробку. Якорь состоит из кольцевых магнитопроводов 6.1 и 6.2 и обмоток

7.1 и 7.2,при этом оба элемента обмотки утоплены в пластмассе 8.1 и

8.2, а такыре из коаксиально встроенных во внутреннее пространство мелду этими двумя элементами соединительных колец 9.1 и 9.2, частично утопленных в пластмассу, периферийная зона которых сама утоплена в пластмассе 8.1, 8.2. Образованный таким образом якорь составляет компактную деталь.

Пакеты магнитопроводов 6.1 и 6.2 выполнены в виде спирали из магнитной ленты, а якорная обмотка расположена напротив ротора 2.!

4!95 !!

Соединительные кольца 9. и 9.2 разделены на множество изолированных один от другого сегментов, к концам которых подсоединены якорные обмотки

7,1 и 7.2. Электрические проводники

10.1 н 10.2 соединяют сегменты сс единительных колец 9.1 и 9.2 соответственно со схемами электронной коммутации и проходят через каналы II.! и

1l.2, расположенные параллельно оси двигателя во фланцах 3.1 и 3.2 соответственно. Указанные схемы управляются от датчика положения ротора. Обмотка якоря состоит из тридцати двух f5 катушек, образующих четыре фазы, управляемые первым электронным переключающим устройством. Каждая иэ якорных обмоток 7.1 и 7.2 выполнена в вице обмотки внахлестку, как в обычных 20 двигателях постоянного тока.

Дисковый ротор 2 состоит из корпуса 12 из синтетической смолы, внутри которого имеется утолщение, образующее сердечник. В корпусе 12 утоплены 25 восемь постоянных магнитов 13 в форме кольцевого сегмента, каждый встроен, например, в кронштейн иэ углеродистого волокна с гнездами соответствующей формы, причем все это утоп- 30 лено в синтетической смоле и таким образом ротор выполнен заодно с сердечником, закрепленным на валу 1 двигателя. В остальном конструкция ротора 2 аналогична конструкции ротора

14 тахометрического генератора.

Тахометрический генератор содержит ротор 14. в форме диска, закрепленный на валу 1 двигателя, частота вращения которого должна измеряться. С од- 40 ной стороны этого ротора расположен якорь 15, закрепленный на внутренней стороне статорного фланца 16, а с другой стороны ротора 14 установлена система неподвижных магниточувстви- 45 тельных элементов 16.

Якорь 15 состоит из якорной обмотки 17 второго кольцевого сердечника

18, причем оба элемента утоплены в пластмассе. Образованный таким образом якорь 15 является компактной деталью. Второй кольцевой сердечник 18 образован намоткой иэ магнитной полосы, образуя пакет кольцевой формы, а якорная обмотка 17 расположена напротив ротора l4.

Электрические проводники (не показаны) выводят концы якорной обмотки

17 наружу к второму электронному пере: дюч,".к1щему устродс гя ., которое vll ранляется датчиком по 1ожения ротора, сигHëëüíèå элементы котор 1го явлчн тся самим ротором !4, который взаимодействует с магниточувствительными элементами 16.

Ротор 14 имеет форму плоского диска, расположенного на валу 1 двигателя,и состоит из корпуса пз синтетической смолы, внутри котор о имеется утолщение, образующее сердечник.

В корпусе утоплены восемь постоянных, магнитов 19 (фиг. 1) в форме кольцевого сегмента, которые встроены, напгчмер, в кронштейн из углероцистого волокна с гнездами соответствующей формы, причем все это утоплено в синтетической смоле и таким образом ротор выполнен заодно с сердечником, закрепленным на валу I двигателя.

Магнитная ось постоянных магнитов 19 параллельна валу I и, следовательно, эти магниты создают магнитные поля, параллельные валу. Толщина постоянных магнитов 19, рабочие поверхности полюсов которых свободны с каждой стороны, приблизительно такая же, что и толщина зоны из синтетического материала, который их окружает. Постоянные магниты 19 равномерно распределены по периферии ротора 14 и расположены таким образом, что на каждой из сторон ротора рабочие поверхности полюсов, следуя друг за другом по окружности, образуют чередующуюся полярность и, таким образом, на каждой стороне ротора имеются равномерно распределенные четыре пары полн сов.

Магниточувствительные элементы 16, являющиеся в этом примере элементами

Холла, запрессованы в отверстиях 20 изолирующей пластины 21, наклеенной на плоскую сторону первого кольцевого сердечника 22, коаксиального оси ротора 14, и закрепленной на статор" ном фланце 23 ° 1 Кольцевой сердечник

22 предпочтительно выполнен из магнитного полосового листа, образующего пакет кольцевой формы, как якорный сердечник 18, для замыкания магнитных полей. Два фланца 23.1 и 23.2 соединены кольцом 24.

Обмотка 17 генератора образована четырьмя обмотками 25.1-25.4, соединенными звездой (фиг. 5). На фиг. 4 схематически показано относительное расположение четырех обмоток, каждая из которых состоит из соединенных

14l 9531 одна пара полюсов и положение четырех 25

40 сдвинутыми по фазе на четверть элект- 45 рического цикла 90 эл.град. и сохра55 последовательно четырех отдельных катушек. Угол В равен 90о н соответствует электрическому циклу, т.е. электрическому углу 360, так как на роо торе расположены четыре пары полюсов.

Обмотки 25.1, 25.3 и 25.2, 25.4 наложены друг на друга, но намотаны в противоположном направлении и, таким образом, напряжения, индуктированные в обмотках, имеют противоположный знак, соответствующий сдвигу по фазе на электрический угол 180

Обе группы обмоток сдвинуты на

90 эл, град.,т.е. на геометрический угол 22,5, при этом одна пара маго нитных полюсов занимает геометрический угол 90 . Напряжения, индуктированные в обмотках 25.2-25.4, подаются на выход тахогенератора (фиг .5, точки "+" и N) посредством последовательных коммутаций переключателей

26.1-26.4.

На фиг. 6 схематически показана магниточувствительньпс элементов 27.127 ° 4, например, элементов Холла. Четыре датчика закреплены на поверхности статора, обращенной к ротору (фиг. 1). Угловое расстояние между двумя соседними элемен".ами должно быть равно электрическому углу 45 о о т.е. геометрическому углу 11,25

Под двумя полюсами показаны сигналы, поступающие от элементов Холла

27.1-27.4 при прохождении перед ними полюса от одной пары полюсов. Четыре сигнала, управляющие коммутациями переключателей 26.1-26.4, являются производными только от сигналов, подаваемых элементами 27.1 и 27.3, так как следует управлять четырьмя коммутациями на электрический цикл, -и сиг"

1 налы с эпементов 27. I, 27.3,будучи няющими постоянную величину на длину одного полуцикла 180 эл. град. поэволяют, таким образом, генерировать четыре сигнала для переключателей (26.1-26.4), управляющие коммутацией обмоток якоря тахогенератора в течение интервалов Т-IV (фиг. 6), каждый иэ которых равен электрическому уго лу 90 . Индуктированные напряжения

28. 1--28. 4 (фиг. 7 ) в обмотках 25. 125.4 имеют постоянную величину, каждое в интервале 90 эл. град. Когда тахогенератор соединен с восьмиполюс10

20 ным электродвигателем, следует генерировать восемь коммутационных сигналов на электрический цикл и в этом случае эти восемь сигналов 29.1-29.8 формируются путем обработки четырех сигналов с элементов 27.2-27.4.

На фиг. 13 показана блок-схема устройства, управляющего коммутацией обмоток якорей двигателя и тахогенератора от датчика положения ротора.

Сигналы, подаваемые элементами Холла

27.1-27.4, посылаются в два электронных переключающих устройства 30 и 31, первое нз которых формирует сигналы переключения переключателей 26.1-26.4 якоря тахогенератора, а второе формирует сигналы переключения переключателей 29.1-29.8 якоря двигателя при условии совместимости полюсов двигателя тахогенератора.

Так как затруднительно расположить на геометрической дуге 33,75о четыре элемента Холла 27.1-27.4, их располагают как указано на фиг. 4. Четвертый элемент 27.4 располагается на

33,75о от первого, второй 27.2 - на

101,25, что соответствует, следовательно, помещению второй пары полюсов на угол 11,25 . Третий элемент 27.3 располагается на 77,5 от первого и. о возбуждается прохождением полюса пары полюсов и по этой причине сигнал, подаваемый этим элементом, перед использованием инвертируется. Такое расположение четырех элементов является одним из нескольких возможных расположений и зависит от размеров тахогенератора.

Другой вариант якорной обмотки тахометрического генератора иэ двух обмоток показан на фиг. 8. Управляя переключением двух клемм каждой иэ обмоток посредством восьми переключателей 31.1-31.4, 32.1-32.4 получают на вьпсодных клеммах "+" и -" генератора четыре индуктированные напряжения, соответствующие напряжениям тахогенератора, обмотка которого состоит нз четырех обмоток, соединенных звездой.

Преимущество якоря с двумя обмотками (фиг. 8 ) заключается в том, что каждая обмотка 33.1 и 33.2 имеет больше витков, чем каждая из обмоток

° °

25 ° 1-25.4, что поэволяет увеличить величину соответствующих индуктированных напряжений.

1419531

1. Вентнльный электродвигатель с тахометрическим генератором, содержаНа фиг. 9 показано относительное расположение двух обмоток 33.1 и

33.2, каждая из которых состоит из четырех соединенных последовательно отдельных катушек, положение которых соответствует положению обмоток 25.1 и 25.3 якоря. Сигналы, описанные применительно к фигуре 6, являются такими же для этого якоря с единственной разницей, что сигнал для переключателя 26. 1 управляет коммутацией переключателей 31.1, 31,3; для переклю1 чателл 26.2 управляет коммутациями переключателей 31.2, 31.4 и так далее. На фиг. )О показаны индуктированные напряжения, обозначенные так же, как и обмотки 33.1 и 33.2, и обратные напряжения в тех же обмотках со знаком "-", которые получают на клеммах "+" и "-" якоря (фиг. 8), когда замыкают переключатели 31.2- 1

3l.4 и соответственно переключатели 32.2, 32.4.

На фиг. 11 и 12 показан вариант выполнения ротора в виде кольцевого магнита 34, одна боковая сторона которого является северным полюсом, а другая боковая сторона — южным полюсом. На северной боковой стороне размещен металлический диск 35 с диаметром, превышающим диаметр кольцевого магнита 34, при этом периферийный край этого диска, заходящий за магнит, имеет равные вырезы 36.

На южной боковой стороне кольцевого магнита 34 размещен второй металлический диск 37 того же размера и формы, что и первый металлический диск

35 и который также имеет по своей периферии равные вырезы 38, в количестве и по размерам соответствующие вырезам первого диска 35. Оба диска установлены на кольцевом магните 34 таким образом, что каждый вырез 36 первого диска 35 находится в интервале между двумя вырезами 38 второго диска 37 без контакта, причем зубцы обоих дисков находятся в одной плоскости симметрии с кольцевым магнитом.

Таким образом получают ротор, периферия которого содержит последовательность вырезов 36, 38 с чередующейся полярностью.

Формула изобретения

50 .55 щий ротор, закрепленный на валу элек-. тродвигателя, по крайней мере один расположенный на статоре, неподвижный якорь, на котором размещена обмотка якоря, секции которой соединены с выходом первого электронного переключающего устройства, управляющие цепи которого связаны с выходом датчика положения ротора электродвигателя, и тахометрический генератор, ротор которого совмещен с ротором датчика положения ротора электродвигателя и закреплен на валу электродвигателя, магниточувствительные элементы, преимущественно элементы Холла, расположены с одной стороны от ротора тахометрического генератора, а неподвижный якорь с обмоткой тахометрического генератора расположены с другой стороны от ротора, число полюсов датчика положения ротора равно числу пар полюсов электродвигателя, отличающийся тем, что, с целью уменьшения габаритов и упрощения -конструкции, ротор датчика

\ положения выполнен в виде диска, на котором установлены постоянные магниты, магнитные оси которых расположены параллельно валу, а число фаз якорной обмотки электродвигателя пропорционально числу фаз якорной обмотки тахометрического генератора, которая подключена к второму электронному переключающему устройству, 2. Электродвигатель по и. 1, о тл и ч а ю шийся тем, что он снабжен изолирующей пластиной и кольцевым сердечником, установленным на фланце статора коаксиально ротору, магниточувствительные элементы встроены в изолирующую пластину, наклеенную на поверхность кольцевого сердечника, выполненного иэ спирально намотанной магнитопроводящей ленты с изоляционным слоем.

3. Электродвигатель по п. 1, о тл и ч а ю шийся тем, что якорная обмотка тахометрического генератора содержит катушки, установленные с взаимным перекрытием, двигатель снабжен вторым кольцевым сердечником, выполненным из спирально намотанной магнитопроводящей ленты с изоляционным слоем и установленным коаксиально оси ротора, а якорная обмотка тахометрического генератора установлена на торцовой стороне второго кольцевого сердечника, обращенной к ротору.

1419531

4. Электродвигатель по и. 1, о тл и ч а ю шийся тем, что обмотка якоря тахометрического генератора выполнена с числом фаэ, равным двум или четырем, число магниточувствитвльных элементов равно четырем, число пар полюсов электродвигателя и тахометрического генератора равно четырем, а магниточувствительные датчн-1О ки выполнены с воэможностью формирования сигнала длительностью 180 эл.град. !

5. Электродвигатель по и. 4, о тл и ч а ю а и и с я тем, что магниточувствительные элементы расположены по дуге размером 101,25 геометрических град.

14! 9531

Фиг.4

2Е7! 419531

Я! Я2 273 Л4

271

27. 2

27.5

27. Ф

2б. 1

26.

26.

2Я

2У.

2У.! 4! 953) Фиг.8

Л-Л

В фига

14! 95 3I

Wall

ФиаQ