Бесконтактный двигатель постоянного тока с катящимся ротором

 

Изобретение относится к электротехнике и может использоваться в качестве управляемого по частоте вращения исполнительного тихоходного двигателя автоматических систем. Цель изобретения состоит в расширении эксплуатационных возможностей путем изменения частоты вращения. Четыре зоны 11-14 обмотки двигателя включены попарно-последовательно в коллекторные цепи транзисторов 15,16. Последовательно с зонами включены первичные обмотки насыщающегося трансформатора 19, вторичная обмотка которого выполнена с ответвлениями, подключенными через переключатель 22 к базе транзистора 16. Переключение ответвлений изменяет число витков вторичной обмотки и длительность полупериода коммутации. 3 ил.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)5 Н 02 К 41/06

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ юг.Л

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4454075/24-07 (22) 23.05.88 (46) 30.11.90.Бюл. 0 44 (72) М.А.Зайков, В.В.Новиков, В.Ф.Прохоренко и Ю.А.Стеценко (53) 621.313. 17 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

Р 637920, кл. Н 02 К 41/06, 1978.

Авторское свидетельство СССР

Р 1429243, кл. Н 02 К 41/06, Н 02 Р 29, 1987. (54) БЕСКОНТАКТНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ ПОСТОЯННОГО ТОКА С КАТЯЩИМИСЯ РОТОРОМ (57) Изобретение относится к электротехнике и может использоваться в качестве управляемого по частоте враще„„SU„„1610551 A 1

2 ния исполнительного тихоходного двигателя автоматических систем. Цель изобретения состоит в расширении эксплуатационных возможностей путем изменения частоты вращения. Четыре эоны 11-14 обмотки двигателя включены попарно-последовательно в коллекторные цепи транзисторов 15,16. Последовательно с зонами включены первичные обмотки насыщающегося трансформатора 19, вторичная обмотка которого выполнена с ответвлениями, подключенными через переключатель 22 к базе транзистора 16. Переключение ответвлений изменяет число витков вторичной обмотки и длительность полупериода коммутации. 3 ил.

16 10551

Изобретение относится к электромашиностроению, а именно к специальным электрическим машинам, и предназначено для использования в качестве регулируемого по частоте вращения исполнительного тихоходного электродвигателя автоматических систем с питанием от аккумуляторных батарей.

Цель изобретения — расширение 10 .эксплуатационных возможностей путем изменения частоты вращения.

На фиг.1 показан двигатель, разрез; на фиг.2 — развертка обмотки дви.гателя.; на фиг.3 вЂ, электросхема уп- 15 равления двигателем.

Двигатель состоит из опорного фланца 1, внутри которого расположен рабочий вал 2, вращающийся в подшипниках 3. На фланце размещены элементы 20 4 эластичной подвески статора 5 с обмоткой 6. Ротор двигателя выполнен

;в виде тонкостенного нешихтованного ферромагнитного кольца 7, прикрепленного с помощью элементов 8 эластичной 25 подвески ротора к поводку 9. Поводок

9 жестко соединен с рабочим валом 2, подшипники которого 3 зажаты крышкой

10.

Обмотка 6 статора двигателя состоит их четырех зон 11 — 14, смещен" б ных в пространстве на 90 одна отно-: сительно другой. Каждая зона выполне;на с расщеплением магнитного потока, ;для чего на каждом зубце статора раз35 мещены катушки, соединенные между собой последовательно.

Пары смежных зон 11 — 14 соединены последовательно. Одни одноименные концы полуобмоток подключены к отрица- 40 тельному полюсу источника питания, а другие — к коллекторным обмоткам транзисторов 15 и 16, работающих в ключевом режиме. Коммутатор образуют два транзистора 15, 16 и два кон- 45 денсатора 17,18 включаемых парал " лельно зонам 12,14 или 11 13 соответЭ ственно.

Начало и конец базовой обмотки трансформатора 19 через диоды 20,21 подключены к положительному полюсу источника питания и одновременно к базам транзисторов 15,16, причем база . одного из транзисторов соединена с ответвлениями вторичной обмотки чет

55 рез переключаетль 22, которь1и позволяет изменить число витков базовои обмотки. В результате изменяются хоэсхЬициент трансформации:чр/чк, перепад индукции Д,В и частота автоколебаний. Насыщающийся трансформатор 19 имеет две разные первичные обмотки, которые порознь включены в коллектор ные цепи транзисторов 15 и 16 послед< вательно с их нагрузкой, Бесконтактный электродвигатель с катящимся ротором работает следующим образом.

При подключении двигателя к источнику питания оба транзистора 15 16 . оказываются под напряжением и по их коллекторным цепям начинают протекать неуправляемые токи коллекторных переходов. Так как сопротивления кол" лектор-эмиттер R „ не могут быть абсолютно одинаковыми, то их коллекторные токи окажутся различными и, следовательно, магнитодвижущие силы коллектор ных (первичных) обмоток трансформатора 19 (фиг.3) также различны.

В результате неравенства встречно действующих магнитодвижущих сил создается магнитный поток в сердечнике трансформатора, который индуцирует во

I вторичной (базовой) обмотке ЭДС, направленную так, что к базе транзистора, через который первоначально протекал ток (например 15), будет приложено отрицательное напряжение, а к базе транзистора, через который при включении протекал меньший ток (например,16). — положительное напряжение. Это приводит к еще большему увеличению тока коллектора транзистора 15 и запиранию транзистора 16.

В результате транзистор 15 полностью открывается и его коллекторный ток увеличивается, что вызывает нарастание магнитного потока в сердечнике трансформатора 19. В начале первого полупериода колебаний ток протекает по зоне 12. Зона 11 первоначально шунтирована конденсатором 17. К концу первого полупериода конденсатор 17 полностью заряжается, в зоне 11 ток возрастает до максимума.

Транзистор 15 будет открыт до тех пор, пока магнитный поток в сердечни" ке трансформатора не достигнет величины насыщения.. Так как в этот момент скорость изменения магнитного потока становится равной нулю (или очень малой), то ЭДС в обмотках трансформатора 19 также станет равной нулю.

Уменьшение токов в обмотках, происходящее при этом, вызывает появление

5 16105 в обмотках ЭДС противоположной полярности.

Теперь вторичная обмотка трансфор-. матора 19 создает на базе транзистора 16 отрицательное напряжение по

5 отношению к эмиттеру, что приводит к отпиранию этого транзистора.. Процесс протекает лавинообразно и очень быстро приводит транзистор 16 в режим насыщения, Таким образом, .во втором.полупериоде транзистор 15 заперт, транзистор 16 открыт.

Первоначально возбужцается зона 14, а зона 13 шунтирована конденсатором

18. Конденсатор 17 в это время разряжается на обмотку зоны 11, поддержи-. вая в ней ток. К концу второго полупериода конденсатор 18 полностью заряжается возбуждается зона 13, 20

Коммутирующие конденсаторы 17 и 18 позволяют использовать двухтактный преобразователь постоянного тока как четырехтактную схему. За период колебаний последовательно возбуждаются 25 зоны 12 11,14 и 13. Реверс достигается переключением конденсаторов 17 и 18 параллельно другой паре зон дви- . гателя.

Диоды 20 и 21 шунтируют участки эмиттер-база транзисторов 15,16 и способствуют надежному удержанию запертого транзистора в закрытом состоянии. Одновременно они служат защитой от пробоя переходов база-эмиттер при перенапряжениях.

При использовании изобретения обеспечивается возможность и-кратного изменения частот вращения при неизменном вращающем моменте за счет того, что 4п база одного из транзисторов подключена к ответвлениям вторичной об.мотки через переключатель, число от51 6 ветвлений равно числу различных частот вращения, отношение наибольшей к наименьшей из которых равно и.

Кроме обеспечения возможности п-кратного изменения частот вращения при неизменном вращающем моменте, двигатель имеет и другие преимущ ств;, а именно . уменьшены объем меди при изготовлении единой базовой обмотки и габариты трансформаторов тока; повышен КНД трансформатора.

Проведены испытания опытного образца электродвигателя, которые показали, что возможно четырехкратное из; менение частот вращения при неизмен- . ном вращающем моменте.

Формула изобретения

Бесконтактный двигатель постоянного тока с катящимся ротором, содержащий статор с обмоткой. разделенной на четыре равные зоны, коммутатор, выполненный в виде трансформатора и двух транзисторных ключей, к каждому из которых подключены две последовательно соединенные смежные зоны, параллельно одной из которых подклю— чен конденсатор, две равные первичные обмотки трансформатора включены последовательно в коллекторные цепи транзисторных ключей, базы которых соединены через диоды с эмиттерами и связаны с вторичной обмоткой трансформатора, отличающийся тем, что, с целью расширения эксплуатационных возможностей путем изменения частоты вращения, введен переключатель, а вторичная обмотка трансформатора снабжена ответвлениями, связанными через переключатель с базой одного иэ транзисторных ключей.