Вентильный электродвигатель

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ («)964884

С©юз Советских

Социалистических

Республик (61) Дополнительное к авт. свид-ву

{22) Заявлено 13.04. 81 (2! ) 3274780/24-07 ($1) М. Nn. с присоединением заявки ¹â€”

Н 02 К 29/02

Государственный комитет

СССР по делам изобретений и открытий (23) ПриоритетОпубликовайо ()7.10.82. бюллетень ¹ 37 (331УДК 621. 313. 13 ° .014.2:621. . 382 (088. 8) Дата опубликования описания 07. 10. 82

Р.К. Памфилов, Н.М. Минкин; Ю.М. Беленький, Г.С. Зеленков и A.Ã. Микеров (72) Авторы изобретения

KK9%38PP

ИАТЕНТИСТЕХНИЧЕСИР,Я (71) Заявитель

ЙИБЛМОТЕкА (54 ) ВЕНТИЛЬНЫЙ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЬ

Изобретение относится к электрическим машинам, а именно к электрическим двигателям постоянного тока с бесконтактной коммутацией, осуществля-. емой с помощью полупроводниковых приборов. Оно предназначено для исполь зования преимущественно в электрических машинах, работающих в качестве моментных двигателей приводов следящих систем и систем стабилизации объектов различного назначения.

Известен вентильный электродвигатель, содержащий ротор, статор, датчик положения ротора (ДП) и электронный коммутатор, в котором коммутация обмоток якоря осуществляется дискретно по сигналам ДП .импульсного типа, например, фотодатчика (1).

Недостатком этого электродвигателя является нестабильность скорости вращения, вызванная пульсацией вращающегося момента вследствие дискретности коммутации.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигае.мому результату является вентильный электродвигатель (ВД}, содержащий ротор, статор с обмоткой якоря, секции которой подключены к выходам фазочувствительных усилителей-преобразовате лей,.вход которых соединен с расположенной на статоре вторичной обмоткой, датчика положения ротора, первичная обмотка которого подключена к цепи питания высокой частоты. В устройстве совмещены магнитные и электрические цепи двигателя и датчика по.ложения (2)..

Недостатками известного электродвигателя являются значительная масса и габариты, так как его необходимо выполнять с электромагнитным. возбуждением.

Целью изобретения является снижеНие массы и габаритов (ВД) за счет обеспечения возможности его выполне-;. ния с возбуждением от постоянных маг- нитов; . Поставленная цель цостигается тем, что ротор двигателя выполнен в виде чередующихся магнитомягких полюсов различной высоты, между которыми размещены тангенциально намагниченные

2з постоянные магниты, а первичная обмотка выполнена с шагом, в два раза меньшим шага вторичной обмотКи, и расположена на статоре.

Для четкой работы коммутатора раз30 . ность высот соседних полюсов ротора

964884 превышает величину воздушного зазора между статором и ротором.

Как н в известном двигателе может быть осуществлено подключение обьюток якоря двигателя ко входам фазочувствительных усилителей-преобразова 5 телей через фильтры высоких частот.

На фиг. 1 представлена функциональная схема предлагаемого устройства1 на фиг. 2 - пример конструктивного выполнения ротора устройства с P = 4;10 на фиг. 3 - пример схемы обмотки предлагаемого устройства; на фиг. 4 - вид магнйтной цепи потока постоянных маг- китов ротора1 на фиг. 5 - то же, первичной обмотки ДН. 15

В нтильный электродвигатель содержит синхронную машину 1 с постоянным, магнитом 2 на роторе 3 и обмотками 4 и 5 статора (якоря), смещенными взаимно на 90О и. подключенными к выхо-. ф дам фазочувствительных усилителейпреобразователей 6 и 7. Датчик положе; ния (ДП) 8 выполнен в виде бесхонтактного индукционного датчика типа индуктосин, все обмотки 9-11 которого размещены на статоре, причем первичная обмотка 9 подключена к источнику

12 переменного напряжения, а вторичные обмотки 10 и 11 подключены ко входам фазочувствительных усилителейпреобразователей 6 и 7. Ротор 3 устройства (фиг. 2) содержит постоянные магниты 2, установленные радиально и намагниченные в тангенциальном направ лении. Магниты 2 закреплены на втулке

13 из немагнитного материала и разделены полюсами 14 и 15 нз магнитомяг- кого материала. Полюсы 14 и 15 ротора выполнены разной высоты h< и h <, причем полюсы,15 большей высоты чередуются с полюсами 14 меньшей вы- 4() стоты. Разность h 2 — h должна быть больше размера воздушного зазора Фг.

Обмоткн 16 статора (ВД) могут быть выполнены в простейшем случае, как показано на фиг. 3, где в шестнадцати 45 пазах магнитопровода статора расположена первичная обмотка (обмотка возбуждения) 12 ДП, с выводами „ и имеющая число пар полюсов Р - 8, а - а и 3 — 5„ - вторичные обмотки н к н

10 и 11 ДП с числом пар полюсов Р = 4, Ан - Ак и Вн - Вк - обмотки 4 и 5 якоря с числом пар полюсов P = 4, (точкой отмечены одноименные выводы секций обмоток).

Как н в известном устройстве обмотки 4 н 5 якоря могут быть соединены со входами усилителей-преобразователей б и 7 через фильтры высоких частот. В этом случае они одновременно являются обмотками СД и ДП, а об- 60 ьютки 10 и 11 отсутствуют.

Электродвигатель работает следующим образом.

При выдаче входного сигнала от источника 12 переменного напряжения пер-65 вичная обмотка 9 создает в магнитопроводе переменный магнитный поток.

Кроме того, в магнитопроводе суй(ествует магнитный поток постоянных магнитов 2 ротора 3. Несмотря на то, что эти потоки действуют в общей магйитной цепи, их можно рассматривать отдельно при выполнении следующих условий: магнитопровод не насыщен; магнитные потоки первичной обьютки и постоянных магнитов ротора значительно разнесены по- частоте.

Первое условие обеспечиватся вы бором материала и сечения магнитопровода, а второе - применением источника 12 переменного напряжения с напряжением достаточно высокой частоты. Например, бесконтактные моментные электродвигатели серии ДМВ и ДБМ имеют число пар полюсов P 8, а номинальную частоту вращения не более

n = 600 об/мин. Следовательно, частота изменения магнитного потока постои янных магнитов ротора fP -- P=80 Гц.

Тогда при частоте напряжения источника 12, равной 1 кГц и более, можно считать процессы, происходящие в магнитных цепях от магнитных потоков постоянных магнитов ротора и первичной обмотки статора, независимыми.

В этом случае магнитную цепь магнитного потока постоянных магнитов ротора с полюсами разной высоты (фиг. 3) можно заменить на эквивалентную магнитную цепь (фиг. 5), где полюса 14 и

15 ротора 3 имеют одинаковую среднюю эквивалентную высоту (штриховой линией показана фактическая конфигурация полюсов ротора). Таким образом, магнитная цепь магнитного потока постоянных магнитов имеет увеличенный размер воздушного зазора, что, согласно теории электрических машин, учитывается коэффициентом Картера. Одако увеличение зазора .существенно не влияет на свойства электродвигателя, так как постоянные магниты ротора выполнены из современных сплавов íà ос,нове редкоземельных элементов (например Sm и Со5), нечувствительных к величине воздушного зазора, а катушки одной секции, расположенные под разными парами полюсов, соединены последовательно.

Для переменного магнитного потока первичной обмотки 9 эквивалентная схема магнитопровода приведена на фиг. 5. Число z зубцов ротора равно числу полюсов большей высоты, т.е. Р.

Эта магнитная цепь идентична магнитной цепи известного бесконтактного индукционного датчика угла.

Число и форма пазов и размещение первичной и вторичной обмоток ДП и обмоток СМ для получения необходиьюго функционального закона изменения ЭДС и тока в обмотках CM осуществляется

964884 известными способами согласно теории электрических машин и индукционных датчиков типа редуктосин.

При этом необходимый закон изменения.индуктивных сопротивлений получается подбором величины воздушного зазора и формы зубцов, высота а которых превыаает величину воздушного зазора ь1= И1-*1 d ?

V где h< - высота полюса 15 (большей

BblCOTH)f

h — высота полюса 14 (малой вы1 соты) .

Напряжения переменного тока с об-. моток 12 и 13 (фиг. 1) преобразуются в фазочувствительных усилителях-преобразователях 6 и 7 в напряжения постоянного тока, которые подаются в обмотки 4 и 5 якоря и создают вращающее магнитное поле в расточке статора синхронного двигателя. Взаимодействие этого поля с полем, образуемым постоянными магнитами 2 ротора 3, создает постоянный вращающийся момент электродвигателя.

Как и в известном устройстве в качестве вторичных обмоток синуснокосинусного индукционного датчика могут быть использованы обмотки 5 и 4 якоря, идентичные, однако при этом необходимо разделять составляющие высокой и низкой частоты с помощью соответствующих фильтров.

Для примера рассматривалась рабо- та (ВД) с числом пар полюсов Р = 4, однако.,в предлагаемом устройстве число пар полюсов может быть любым.

Формула изобретения

5 1. Вентильный электродвигатель, содержащий ротор, статор с обмоткой якоря, секции которой- подключены к выходам фазочувствительных усилителей,преобразователей, вход которых соеди10 нен с расположенной на статоре вторичной обмоткой датчика положения рото- . ра, первичная обмотка которого под;ключена к цепи питания высокой часто ты, отличающийся тем, что, с целью снижения массы и габаритов, ротор. двигателя, выполнен в виде ередующихся магнитомягких полюсов различной высоты, между которыми размещены тангенциально намагниченные постоянные магниты, а первичная обмотка выполнена с шагом, в два раза меньшим шага вторичной обмотки, и расположена на статоре.

2. Электродвигатель по и. 1, о т—

2 .л и ч а ю шийся тем, что разность высот соседних полюсов ротора превышает величину. воздушного зазора между статором и ротором.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Патент CltlA М 3667018, кл. 318-138, 1970.

2 ° Авторское свидетельство СССР

9 512545, кл. Н 02 К 29/02, 1970.

964 884

Составитель A. Санталов

Редактор А. Химчук Техред И. Гайду Корректор Г. Pealeтник, Заказ 7682/4 1 Тираж 721 Подписное ,ВНИИПИ Государственного комитета СССР no делам изобретений и открытий

1-13035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4