Вентильный электродвигатель

 

(54) ВЕНТИЛЬНКЙ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЬ

1 . 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 сложную конструкцию и значительные размеры, особенно в осевом направлении, что составляет основные недостатки данного электродвигателя.

Наиболее близким к предлагаемому является вентильный электродвигатель, ротор которого содержит зуб10 чатый магнитопровод, к которому прикреплены два кольцевых постоянных магнита - один для создания основного магнитного потока, другой для создания необходимых для датчика положения и тахогенератора магнитных потоков. Таким образом, один постоянный магнит является общим дпя тахогенератора и датчика положения ротора, и один магнитопровод В является общим для обоих постоянных магнитов. Для создания переменного магнитного поля, необходимого для работы тахогенератора, в магнито972634 проводе 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- l6 жения переменное магнитное поле создано несколькими постоянными магнитами и в действительности общим для тахогенератора и датчика положения ротора является не один постоянный магнит, а несколько постоянных магнитов (2 >

Недостатком этого электродвигатоля является то, что только один магнитопровод общего магнита установлен на роторе, а другой магнитопровод установлен на статоре, т.е. является неподвижным. При вращении ротора возникает пульсирующее магнитное поле, что вызывает в указанном 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,, что усложняет работу датчика положения и соответствующей схемы коммутации.

Целью изобретения является улуч40 шение электромеханических параметров 1,КПД и равномерности вращения ).

Поставленная цель достигается тем, что к указанному общему постоянному магниту примыкает .магнитопровод, ус43 тановленный относительно ярма с зазорами, причем поверхность одного из элементов, образующая зазоры, выполнена зубчатой, в одном зазоре неподвижно установлены чувствительные элементы 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 магнитопровода обращенная 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. 2конфигурация 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 датчика 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 так

1 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 маг5 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- 10 ренних поверхностях (12 и 14 соответственно ) и на наружных поверхностях (15 и 13 ) располагаются напротив друг друга. Таким образом, дополнительный постоянный магнит 10, ярмо

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.l преръ- 26 вистыми.линиями. Вд внутреннем воздушном зазоре установлено основание 16 датчика положения ротора, выполненное с дугообразным выступом, к которому прикреплены, например, три чувст-25 вительных элемента 17, 18 и 19. В качестве указанных элементов можно применять магнитодиоды, магниторезисторы, датчики Холла, ферритовые кольца датчика трансформаторного типа и Зф 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.B наружном воздушном зазоре установлено основание 20 с тахометрической обмоткой тахогенератора.

634 6 метрической обмотки; путем применения изолированного обмоточного провода в указанных пазах можно размещать несколько проводников, благодаря чему увеличивается выходной сигнал тахогенератора, Электродвигатель работает следующим образом.

Обмотка статора 9 подключается к источнику питания через электронный блок, который коммутирует секции обмотки статора по сигналам управления, поступающим с датчика положения ротора. Вращающий момент возникает в результате взаимодействия токов обмотки статора с магнитным полем основного магнита 8. Ввиду того, что ярмо 7 и магнитопровод ll имеют зубчатую конфигурацию, магнитная индукция в зазорах, в которых установлены датчики положения и тахогенератор, меняется периодически по окружности. Во внутреннем зазоре индукция меняется от значения Вя до ВВ (фиг.5 ) с периодом 60, а в наружном зазоре - от значения Вн до Вн с периодом 12 (фиг.б).

При положении ротора, показанном на фиг.2, магнитопровод 18 располагается в сильном магнитном поле В 1, а магнитодиоды 17 и 19 в слабом поле

ВВ . В таком положении выходной сигнал поступает с чувствительного элемента 17, а выходные сигналы с других элементов отсутствуют, Такое положение существует при повороте ротора на < 100. Затем поступает сигнал со следующего элемента (например, с элемента 17 при повороте ротора по часовой стрелке ) и т.д.

Тахогенератор (фиг. 3) представляет собой тонкостенное кольцевое основание 20, к поверхности которого прикреплена зигзагообразная тахометрическая 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, Тахометрическая обмотка может быть выполнена из единой металлической полосы например, печатнь.м способом или штамповкой. Возможен и другой вари ант (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.б), наводит в радиальных проводниках 21 (фиг.4) тахометрической обмотки переменный сигнал, частота которого пропорциональна частоте вращения ротора.

В электродвигателе,. конструкция которого изображена на фиг.l, наружный воздушный зазор выполнен плоским, а внутренний - радиальным, при

972634

Формула изобретения этом как магнитопровод 11, так и ярмо 7 имеет зубчатую конструкцию.

Однако возможны и другие варианты конструкции электродвигателя, при которых оба зазора выполнены либо радиальными, либо плоскими или внутренний зазор выполнен плоским, а наружный зазор — радиальным. Переменные магнитные поля в зазорах, необ" ходимые для работы датчиков, воз- >0 .никают и при таких вариантах, при которых только одна поверхность (либо ярма, либо магнитопровода ) имеют в зоне воздушных зазоров зубчатую конфигурацию„ а обращенные к ним 35 другие поверхности выполнены гладкими. Так на фиг. 7 изображен упрощенный вариант, при котором ярмо 7 имеет в зоне наружного воздушного зазора зубцы, а магнитопровод 11 име- 26 ет гладкую поверхность. На фиг. 8 изображен вариант, где поверхность ярма 7 выполнена гладкой, а поверхность магнитопровода 11 - зубчатой (зубцы 12 ). 25

Таким образом, в данном электродвигателе вращаются как ярмо, так и магнитопровод, между которыми установлен общий постоянный магнит.

Магнитный поток в ферромагнитных З6 элементах является постоянным, и никаких дополнительных потерь в стали и пульсирующего реактивного момента, вызывающего неравномерность частоты вращения, при вращении ротора не возникает. Поток через магнитодиоды определяется только конфигурацией магнитного поля в зоне их расположения, а влияние работы тахогенератора на выходные сигналы датчика положения отсутствует. В качестве общего постоянного магнита можно применять лишь один постоянный магнит с простой конфигурацией.

Указанные преимущества особенно существенны в прецизионных тихоходных электродвигателях прямого при-! вода проигрывателей, в которых возникновение дополнительных потерь и неравномерность вращения ротора являются крайне нежелательными явлениями.

1. Вентильный 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 ротора постоянный магнит, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью повышения КПД, улучшения равномерности вращения ротора, к указанному общему постоянному магниту примыкает магнитопровод, установленный относительно ярма с зазорами, причем поверхность одного из элементов, образующая зазоры, выполнена зубчатой, в одном зазоре неподвижно установлены чувствительные элементы датчика постоянного режима, а в другoN — обмотка тахогенератора, 2. Электродвигатель по п.1, о тл и ч а ю шийся тем, что поверхность другого элемента,,образующего зазоры, выполнена зубчатой, при.этом их выступы и впадины расположены соответственно напротив друг друга.

3. Электродвигатель.по п.1, о тл и ч а ю шийся 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 шийся тем, .что поверхность кольцевого магнитопровода, обращенная к ярму, выполнена гладкой, а поверхность ярма - зубчатой.

Источники информации, принять е во внимание при экспертизе

Овчинников И. Е. и др. Бесконтактные двигатели постоянного тока.

N., "Наука", 1979, с. 230-233.

2. Авторское свидетельство СССР по заявке tP 2846743, кл. Н 02 К 29/02

1979.

972634

2Р

Составитель А. Санталов

Редактор А. шандор Техред М. Надь . Корректорй. Бокшан

Заказ 8532/47 Тираж 721 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул, Проектная, 4