Репульсионный вентильный электродвигатель

 

Изобретение относится к электродвигателям с бесконтактной коммутацией. Цель изобретения - упрощение конструкции электродвигателя за счет исключения отдельного датчика положения ротора. Репульсионный электродвигатель содержит статор 1, имеющий полюсы 2, 3 и однофазную обмотку 4, а также ротор с многофазной обмоткой, секции 6.1-6.4 которой замкнуты на магниточувствительные элементы 7.1-7.4, 8.1-8.4, 9.1-9.4 и 10.1-10.4. Элементы 7.1, 8.1, 7.2, 8.2 и т.д. образуют первые и вторые магниточувствительные элементы 9.1-9.4 и 10.1-10.4. Новым является то, что на роторе установлены третьи и четвертые магниточувствительные полупроводниковые элементы, которые соединены последовательно с соответствующими первыми вторыми магниточувствительными элементами и соответствующими секциями обмотками ротора, третьи и четвертые магниточувствительные элементы сдвинуты по окружности ротора относительно соответствующих первых и вторых магниточувствительных элементов, с которыми они электрически соединены, абсолютная величина угла сдвига каждых третьего и четвертого магниточувствительных элементов относительно соответствующих первого и второго магниточувствительных элементов не меньше четверти полюсного шага статора и может быть равна либо половине ширины полюса статора, либо половине полюсного деления статора. Ширина каждого из полюсов статора может быть больше половины полюсного шага статора. Двигатель предназначается для работы в микроприводе, например, бытовых электроприборов. 4 з.п. ф-лы.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

GOUDA ËÈÑÒÈ×ÅÑÊÈÕ

РЕСПУБЛИК

„„SU,„, 152235 (51)4 H 02 К 29 08

::; .;. "айй 1

Е г:, ., . ; А

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Ю

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

IlO ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

1 (21) 4390751! 24-071 4392553/24-07 (22) 14,03.88 (46) 15.11.89. Бюл. У 42 (75) В.В.Арсеньев (53) 621.313.392(088.8) (56) Патент ФРГ 9 1265277, кл. 21 d, ЗЪ, 1968.

Патент США У 3821619, кл. Н 02 К 29/04, 1974. (54) РЕПУЛЬСИОННЫЙ ВЕНТИЛЬНЫЙ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЬ (57) Изобретение относится к электродвигателям с бесконтактной коммутацией. Цель изобретения — упрощение конструкции электродвигателя за счет. исключения отдельного датчика положения ротора. Репульсионный электродвигатель содержит статор 1, имеющий полюсы 2, 3 и однофаэную обмотку

4,. а также ротор с многофазной обмоткой, секции 6.1-6.4 которой замкнуты на магниточувствительные элементы 7.1-7.4, 8.1 -8,4, 9.1-9.4 и 10.110 4. Элементы 7 ° 1, 8.1, 7.2, 8.2 и т.д. образуют первые и вторые магниточувствительные элементы 9.1-9.4 и

10.1-10.4. Новым является то, что на

2 роторе установлены третьи и четвер" тые магниточувствительные полупроводниковые элементы, которые соединены последовательно с соответствующими первымии вторыми магниточувствительными элементами и соответствующими секциями обмотками ротора, третьи и четвертые магниточувствительные элементы сдвинуты по окружности ро" тора относительно соответствующих

f первых и вторых магниточувствительных элементов, с которыми они электрически соединены, абсолютная величина угла сдвига каждых третьего и четвертого магниточувствительных элементов относительно соответствующих первого и второго магниточувствительных элементов не меньше четвер" ти полюсного шага статора и может быть равна либо половине ширины полюса статора, либо половине полюсного деления статора. Ширина каждого из полюсов статора может быть больше половины полюсного шага статора.

Двигатель предназначается для работы в микроприводе, например, бытовых электроприборов. 4 з.п. ф-лы. 8 ип.

П73

1522356

Изобретение относится к электродвигателям с бесконтактной коммутацией.

Цель изобретения — упрощение конструкции электродвигателя за счет устранения специального датчика положения 1 отора.

На фиг.1 показан репульсионный электродвигатель, поперечная проекция; на фиг.2 - электрическая схема цепи первой секции обмотки ротора; на фиг.З - то же, второй секции обмотки ротора; на фиг.4 - то же,треть- ей секции обмотки ротора; на фиг.5— то же, четвертой секции обмотки ротора двигателя; на фиг.6 - двигатель, продольный разрез; на фиг,7 — обмотки и элементы ротора с соответствующими геометрическими размерами; на фиг.8 - схема с двупроводящими магииточувствительными элементами.

Двигатель содержит статор 1, который имеет полюсы 2 и 3 и однофазную обмотку 4. Одиофазная обмотка 4 может быть выполнена из двух половин, расположенных на полюсах 2 и 3.

Ротор 5 электродвигателя имеет обмотки 6.1-6.4, которые электрически одна с другой не соединены и каждая, из которых имеет диаметральный шаг.

Обмотки 6.1-6.4 ротора равномерно сдвинуты одна относительно другой по окружности ротора. В частности, угол сдвига А(фиг.7) между осями соседних обмоток 6 ° 1, 6.2, 6.3 и 6.4 согласно фиг.l, 7 равен 45

На роторе 5 установлены также первые магниточувствительные полупроводниковые элементы 7.1-7.4 и вторые магниточувствительные полупроводниковые элементы 8.1-8.4. Элементы 7,17.4 и 8 ° 1-8.4 подключены к соответствующим обмоткам 6.1-6.4 ротора (фиг.2-5). К каждой из обмоток 6.16.4 подключено по одному иэ элементов 7.1-7.4 и 8.1-8.4, соединенных вместе разноименными выводами (направление односторонней проводимости магниточувствительных элементов на фиг.2-5 показано стрелками на данных элементах). Элементы 7.1-7.4 и 8.18.4 сдвинуты по окружности ротора 5 относительно осей соответствующих обмоток 6.1-6.4 ротора, с которыми они электрически соединены. В частности угол р сдвига (фиг.7) может быть равньи половине полюсного деления статора (или быть близким к этому ). Для двухполюсной конструкции фиг.1,7 угол

Р сдвига (фиг.7) может быть равным

90 (или близким к нему).

Особенностью двигателя является то, что на его роторе 5 дополнительНо установлены третьи магниточувствительные полупроводниковые элементы 9.1-9.4 и четвертые магниточувствительные полупроводниковые элементы

10.1-10.4. Элементы 9.1-9.4 и 10.110.4, как и элементы 7.1-7.4 и 8.18,4, выполнены однопроводными вентильными. Каждая из обмоток 6.1-6.4 замкнута на себя через соответствую- щие из элементов 7.1-7.4, 8.1- 8.4, 9.1-9.4 и 10.1-10.4, Магниточувствительные элементы

9,1-9.4 и 10.1-10.4 сдвинуты по ок"

20 ружности ротора 5 (фиг.1, 7) относительно соответствующих элементов

7.1-7.4 и 8.1-8.4, с которыми они электрически соединены. В частности, абсолютная величина угла 1 сдвига

25 (фиг.7) каждой из пар элементов 9.19.4 и 10.1-10.4 относительно соответствующей из пар элементов 7 ° 1-7,4 и

8.1-8.4 может лежать в диапазоне ,от четверти полюсного деления статора до полюсного деления статора.В. укаэанном диапазоне угол 1 сдвига наиболее целесообразно брать либо равным половине ширины полюса 2 или 3 статора, либо равным половине пог юсного .деления статора, Магниточувствительные элементы можно располагать парами. Например, два элемента 7.1 и 8.1, соединенные с одной обмоткой 6,.1, располагаются

40 рядом В Одном месте (фнг,! и 7) а другие два элемента 9.1 и 10,1, соединенные с той же обмоткой 6, располагаются рядом в другом месте (со сдвигом в y). Элементы 7.1 и 8.1, а

45. также 9.1 и 8 ° 1, 7.2 и 8.2, 9.2 и

10 2 и т.д. могут быть выполнены в виде единых двухпроводящих магниточувствительных элементов (фиг.8).

Магниточувствительные элементы должны обладать и чувствительностью к полярности магнитного поля. ПО данному свойству здесь возможны два варианта. По первому варианту элементы

9.1-9.4 выполняются с чувствительностью к полярности магнитного поля, одинаковой с элементами 7.1-7.4 (фиг.1,2-5) соответственно, элементы 10.1-10.4 выполняются с чувствительностью к полярности магнитного

522356 6

5 1 поля, одинаковой с чувствительностью элементов 8.1-8.4. А- по второму варианту элементы 9.1-9.4 выполняются с чувствительностью к полярности магнитного поля, Противоположной чувствительности элементов 7.1-7.4, а элементы 10.1-10.4 выполняются с чувствительностью к полярности магнитного поля, противоположной чувствительности элементов 8.1-8.4. По всем вариантам проводимость к полярности тока для элементов 8.1-8.4 должна быть противоположной проводимости элементов 7.1-7.4. Чувствительность элементов 9.1-9.4 противоположна чувствительности элементов 10.1-10.4.

Магниточувствительные элементы можно устанавливать на поверхности ротора 5, обращенной к статору, а также можно снабжать подложками из проводящего металла с изоляцией,которые могут играть роль короткозамкнутых витков, сдвигающих по времени кривые изменения магнитных полей через магниточувствительные элементы, которые управляют их открытием и закрытием. Кроме того, магниточувствительные элементы можно выполнять на различных видах магнитадиодов или составных магнитоуправляемых транзисторов.

Полюсы 2 и 3 статора можно выполнять широкими, т.е. с шириной, большей половины полюсного деления статора. В частности, для двухполюсной конструкции фиг.l, имеющей полюсное деление статора в 180, каждый из полюсов 2 или 3 модно выполнять с шириной 120-170 и больше.

Обмотки 6.1-6.4 ротора могут быть многовитковыми, их можно выполнять как из провода, так и печатными.

Ротор 5 может быть как обычного исполнения (фиг.l), так и полым.

Статор с полюсами 2 и 3 можно выполнять из стали, пермаллоев или ферритов.

В качестве источников питания можно использовать источники однофазного переменного тока, а также ключевые разнополярные генераторы.

Электродвигатель работает следую- щим образом. На обмотку 4 статора от источника питания подается переменный двухполярный ток. Переменный ток создает переменное магнитное поле. Переменное поле полюсов 2 и 3 индуцирует

ЭДС в соответствующей из обмоток 6.„1-6.4 ротора, которые коммутируются соответствующими из элементов 7.)-7.4, 8.1-8.4, 9.1-9,4 и 10,1-10.4.

Для того, чтобы в репульсионном электродвигателе развивался полезный вращающий момент, обмотки 6.1-6.4 ротора необходимо запитывать либо только в первом и третьем, либо только во втором и четвертом квадрантах, образо ванных осями 11 и 12 (из которых ось

12 — это ось полюсов 2 и 3).

По первому варианту, когда элементы 9„1-9.4 выполняются с чувствительностью к полярности магнитного поля, одинаковой с чувствительностью элементов 7.1-7.4, а элементы 10.1-10.4— с чувствительностью, одинаковой с чувствительностью элементов 8.1-8.4, элементы 9.1-9.4 и 10.1-10.4 „сдвинуты на половину ширины полюса 2 или

3 от соответствующих элементов 7.1—

7.4 и 8.1-8.4, каждая из обмоток 6.16,4 запитывается, когда ее активные проводники (фиг.l) находятся в первом и третьем квадрантах между осями

11 и 12. Если, например, проводники обмотки 6,2 (фиг.1,3) находятся в первом квадранте, то ее цепь (фиг.3) ,элементами 7,2, 8.2, 9.2 и 10,2 открыта для тока. Это объясняется тем, что все элементы 7.2, 8.2, 9.2 и ,10.2 при этом находятся под одним .полюсом 2, что означает, что элемент ,9.2 открыт тогда же, когда открыт и элемент .7.2, а элемент 10.2 открыт тогда же, когда и открыт элемент 8.2.

Ветвь элементов 7.2 и 9.2 пропускает импульс тока одной полярности, а ветвь элементов 8.2 и 10.2 — импульс тока другой полярности. В третьем квадранте картина коммутации качественно аналогична (т.е. все магниточувствительные элементы обмотки находятся под одним полюсом 3).

В четвертом же и втором квадрантах цепь обмотки 6.2 будет закрыта для тока. Это объясняется тем, что когда проводники обмотки 6.2 будут находиться, например, в четвертом квадранте, ее элементы 7.2 и 8.2 будут находиться под полюсом 3, а элементы 9.2 и 10.2 будут находиться под полюсом 2. Вследствие этого oge ветви элементов 7.2, 9.2 и 8 ° 2,, 10.2 в целом будут закрыты для тока, обмотка 6„2 будет обесточена. Анало1522356 гично происходит и во втором квадранте, симметричном четвертому.

Таким образом, от того лод одина-, ковыми или под разными полюсами ста5 тора находятся пара элементов 7.2 и

8.2 и пара элементов 9.2 и 10.2, зависит и запитывание или обесточивание обмотки 6.2..Аналогичное происходит и с цепями (фиг,2-5) остальных из обмоток 6.1-6„4 ротора. В результате, обмотки 6.1-6.4 запитываются при прохождении ими первого и третьего квадрантов между осями 11 и 12 (фиг.1) и развивают при этом полезный вращающий момент. Ротор 5 вращается в нужную сторону.

По второму варианту, когда элементы 9.1-9.4 выполняются с чувствительностью к полярности магнитного полн, обратной по полярности к чувствительности элементов 7.1-7.4, а элементы

10.1-10.4 — с чувствительностью, обратной по полярности к чувствительности элементов 8.1-8.4 и элементы 25

9.1-9.4 и 10.1 — 10.4 сдвинуты от соответствующих элементов 7.1-7.4 и 8.1l8.4 на половину полюсного деления статора, каждая из обмоток 6.1-6.4 ротора запитывается, когда ее активные проводники находятся во втором и четвертом квадрантах между осями 11 и 12 (фиг,1).

В первом же и третьем квадрантах (для второго варианта) цепь каждой, из обмоток 6„1-6„4 для тока будет

t закрыта. Аналогичная картина наблюда, ется и в третьем квадранте, симмет1 ричном первому.

Электродвигатель может найти при- 10 менение в микроприводе, например, в бытовых электроприборах, Формула изобретения

1. Репульсионный вентильный электродвигатель, содержащий статор, имеющий полюсы и однофазную обмотку, а также ротор, на котором расположены электрически не соединенные друг с другом секции обмотки ротора, выполненные с диаметральным шагом, которые равномерно смещены друг относительно друга по окружности ротора, на роторе установлены первые и вторые вентильные магниточувствительные полупроводниковые элементы, первые и вторые магниточувствительные полупроводниковые элементы ротора подключены к соответствующим секциям обмотки ротора разноименными выводами, первые и вторые магниточувствительные полупроводниковые элементы сдвинуты по окружности ротора относительно осей, связанных с ними секций обмотки ротора, отличающийся тем, что, с целью упрощения, он снабжен третьими и четвертыми магниточувствительными полупроводниковыми элементами, аналогичными первым и вторым и установленными на роторе, первые и вторые магниточувствительные полупроводниковые элементы соединены после-. довательно с третьими и четвертыми магничочувствительными полупроводниковыми элементами, которые подключены к соответствующим секциям обмотки ротора разноименными выводами так, что к одной секции обмотки ротора подключено по крайней мере по одной последовательной цепочке из первого и третьего магниточувствительных полупроводниковых элементов и по одной последовательной цепочке из второго и четвертого магниточувствительных полупроводниковых элементов, третьи и четвертые магниточувствительные полупроводниковые элементы сдвинуты по окружности ротора относительно соответствующих первых и вторых маг" ниточувствительных полупроводниковых элементов, с которыми они электрически соединены, абсолютная величина угла сдвига каждых третьего и четвертого магниточувствительных полупроводниковых элементов относительно соответствующих первого и второго магниточувствительных полупроводниковых элементов не меньше четверти полюсного деления статора и не равна полюсному шагу статора, все первые, вторые, третьи и четвертые магниточувствительные полупроводниковые элементы ротора выполнены с чувствительностью к полярности магнитного поля „

2. Электродвигатель по п.1, о т— личающий ся тем, что абсолютная величина угла сдвига каждых третьего и четвертого магниточувствительных полупроводниковых элементов относительно соответствующих первого и второго магниточувствительных полупроводниковых элементов равна половине ширины полюса статора.

3. Электродвигатель ло п.1, о т— л и ч а ю шийся тем, что абсо9 1522356 1О г лютная величина угла сдвига каждых на каждого из полюсов статора больше= третьего и четвертого магниточувст- половины полюсного деления статора. вительных полупроводниковых элементов относительно соответствующих пер" 5 5. Электродвигатель по п.1, о т—

Вого и второго магниточувствитель- л и ч а ю щ н и с я тем, что первые ных полупроводниковых элементов рав- и вторые, а также третьи и четвертые на половине полюсного деления статора. магниточувствительные элементы вы4. Электродвигатель по п.1, о т- полнены в виде единых двухпроводял и ч а ю шийся тем, что шири- 10 щих магниточувствительных элементов.

Фж2

Составитель А.Санталов

Редактор И.Келемеш Техред Л.Сердюкова Корректор О.Кравцова

Заказ 6976/53 Тираж 648 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГЕНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат Патент, г. Ужгород, ул. р °

1! и л Гага ина 101