Вентильный электродвигатель

 

1.ВЕНТИЛЬНЫЙ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЬ , содержащий ротор, выполненный из постоянного магнита, беспазовый якорь.с многофазной обмоткой, секции которой соединены с выходом преобразователя частоты, управляющие цепи которого связаны с чувствительными элементами датчика положения ротора , отличающийся тем, что, с целью повышения равномерного вращения,обмотка якоря выполнена двухслойной, активная часть каждого проводника выполнена пилообразной формы, причем проводник каждой секции одного слоя находится напротив изоляционного промежутка между i проводникаили другого слоя, в котором расположена соседние секции. (Л

„.Я0„„1062829 А

СОЮЗ СОВЕТСКИХ 0««

РЕСПУВЛИН

3(Д) Н 02 К 29/02

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ABТОРСНОМ,Ф СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Фиг.1

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТЖ (21) 3453620/ 24-07 (22) 18 ° 06. 82 (46) 23.,12.83. Бюл. М 47 (72) А.И.Каминский, Н.Н.Левин, П.A.Êàýàðîâ, Е.А.Склярский, О.A.Ñåðåãèí и А.В.Якушков (53) 621.313.13.014.2:621 ° 382(088.8) (56) 1. Игнатов В.A., Корицкий A.Â., Мордвинов H.A Электрические микромашины переменного тока интегрального исполнения. М., Энергия, 1975, с. 8-11.

2.Овчинников И,Е.,Лебедев Н.И.

Бесконтактные двигатели, постоянного тока с транзисторными коммутаторами. Л., Наука, 1979, с.25-28.

3. Заявка ФРГ М 2251292, кл. Н 02 Р 5/16, 1972. (54) (57) 1.ВЕНТИЛЬНЫЙ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЪ, содержащий ротор, выполненный из постоянного магнита, беспазовый якорь .с многофазной обмоткой, секции которой соединены с выходом преобразователя частоты, управляющие цепи которого связаны с чувствительными элементами датчика положения ротора, отличающийся тем, что, с целью повышения равномерного вращения, обмотка якоря выполнена двухслойной, активная часть каждого проводника выполнена пилообразной формы, причем проводник каждой секции одного слоя находится напротив изоляционного промежутка между проводниками другого слоя, в кото- З ром расположены соседние секции.

1062829

2. Электродвигатель по п.l, отличающийся тем, что обмотка якоря в активной зоне выполнена с шириной проводника, равной ширине изоляционного промежутка между проводниками.

3. Электродвигатель по пп.1 и 2, отличающийся тем, что вершины двух соседних проводников одного слоя лежат на одном радиусе, а углы при вершинах изломов лежат в пределах 60-120О.

4 ° Электродвигатель по пп.1-3, отличающийся тем, что обмотка якоря выполнена в виде нескольких одинаковых дисков, на каждом из которых расположена многофаз1 . Изобретение относится к электротехнике, в частности к вентильным, электродвигателям (ВД) с бесконтактной коммутацией обмоток, применяемым в устройствах записи и воспроизведения информации.

Известны ВД с бесконтактной коммутацией, в которых обмотка якоря приводного двигателя выполнена методом печатного монтажа(1 g. Ô9

Однако в таких конструкциях при сверхтихоходном исполнении не обеспечивается устойчивость и высокая равномерность движения, необходимые для исключения искажения записываемой и считываемой информаций.

Известны также бесконтактные элект-. рические приводы с транзисторными коммутаторами, где якорь приводного двигателя выполнен с пазами, а ротор представляет собой цилиндрический постоянный магнит(2 ).

Недостатком этого привода является большое время разгона до устано.вившейся скорости вращения (11 с), большая металлоемкость, значительные габариты (масса 2,5 кг) и стоимость изготовления.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является бесконтактный .,30 вентильный электродвигатель, содержащий ротор, выполненный из постоянного магнита, беспазовый якорь с многофазной обмоткой, секции которой соединены с выходом преобразователя 35 частоты, управляющие цепи которого связаны c ÷óâñòâèòåëüíûìè элементами датчика положения ротора(3 3.

Применение шестнадцати катушек без сердечника, расположенных в два 40 слоя, системы обратной связи по сконая обмотка, а одноименные секции разных дисков соединены последова тельно.

5. Электродвигатель по пп. 1-4, отличающийся тем, что якорь снабжен второй аналогичной группой дисков, обмотки которых соединены с выходом преобразователя частоты, выполненного с воэможностью подачи напряжения со сдвигом по фазе на угол 180О/К, где К вЂ” номер высшей гармоники, имеющей наибольшую амплитуду.

6 ° Электродвигатель по пп.1-5, отличающийся тем, что якорь снабжен электропроводящим немагнитным диском, расположенным между обмоткой и магнитопроводом якоря.

Ф 2 рости и положение ротора позволяют обеспечить хорошую равномерность движения, но ценой значительного усложнения технологии изготовления привода и увеличения габаритов (осевой длины) приводного двигателя.

Вместе с тем равномерность двйжения -. и в этом случае даже при наличии больших маховых масс не обеспечивается лучше, чем 0,15%.

Цель изобретения — упрощение кон-. струкции и уменьшение габаритов при высоксй равномерности движения в сверхтихоходном варианте исполнения.

Указанная цель достигается тем, что в вентильном электродвигателе, содержащем ротор, выполненный иэ постоянного магнита, беспазовый якорь с многоразной обмоткой, секции которой соецинены с выходом преобразователя частоты, управляющие цепи которсго связаны с чувствительными элементами датчика положения ротс" ра, обмотка якоря выполнена двухслойной, активная часть ка.кдого проводника выполнена пилообразной формы и расположен,.л таким образом,, что проводник каждой секции одного слоя находится н«против изоляционного промежутка между проводнлками другого слоя, в котором расположены соседние секции.

Для повышения технологично"ти обмотка якоря в активной зочз может быть выполнена с шириной провод1 ника, равной ширине изоляционного промежутка между проводниками. дучшее использование активных ма» териалов может быть достигнуто в том случае, когда вершины двух сосед них проводников одного слоя лежат на одном радиусе, а угля при верши1062829 пилообразную форму, при этом верши;ны 15 и 16 изломов двух смежных

)0 проводников, примыкающих один к друВД работает следующим образом.

Преобразователь 1, получая пита55 ние от сети, преобразует его в двухфазное синусоидальное напряжение переменного тока частоты вращения ротора. Последнее обеспечивается за счет сигналов с датчиков положе-. — 60 ния 9 и скорости вращения 10. Ток частоты вращения ротора, проходя по обмоткам 17 и 18 .(27 и 28), взаимодействует с магнитным потоком кольце вого магнита 5, при этом создается вращающий момент, разгонякнцлй нах изломов лежат в пределах 60120©.

Для использования при повышенном напряжении и повышения равномерности обмотка якоря выполнена в виде нескольких одинаковых дисков, н» каждом из которых расположена многофазная обмотка, а одноименные секции разных дисков соединены последовательно.

Для повышения равномерности якорь может быть снабжен второй аналогичной группой дисков, обмотки которых соединены с выходом преобразователя частоты, выполненные с вьзможностью подачи напряжения со сдвигом по фазе на угол 180о/К, где К— номер высшей гармоники, имеющей наибольшую амплитуду.

Кроме того, якорь может быть снабжен электропроводящим немагнитным диском, расположенным между обмоткой и магнитопроводом якоря.

На фиг, 1 показана функциональная схема ВД1 на фиг. 2 — один из возможных вариантов развернутой схемы обмотки якоря при двухфазном исполнении и двухполюсном двигателе; на фиг. 3 — фрагмент реальной обмотки, выполненной на диске при четырех парах полюсов; фиг. 4 — вариант устройства привода с якорем из нескольких дисков; фиг. 5 — включение дисков со сдвигом по фазе питающих напряжений.

ВД (фиг ° 1) содержит преобразователь 1 частоты, предназначенный для преобразования напряжения сети в двухфазное (в общем случае многофазное) синусоидальное напряжение стабильной частоты, которое подается на электродвигатель 2, т.е. íà его обмотку 3 якоря 4, расположенного между ферритовым кольцевым магнитом 5 и замыкателем 6 магнитного потока. Ферритовый магнит.5 жестко связан с массивным диском 7, являющимся исполнительным органом, на .котором располагается носитель информации.

Преобразователь 1 построен на полупроводниковых приборах и управ- ляется устройством 8 управления, кО» торое, в общем случае, включает ге, нератор эталонной частоты и схему обработки сигналов, получаемых с чувствительных элементоэ датчика 9 положения и датчика 10 угловой скорости вращения ротора, элементы которых ра"положены на верхней панели

11 якоря 4. На нижней позерхности этой панели расположен немагнитный электропроводящий, например, мед ный диск 12.

Якорь 4 электродвигателя 2 (фиг.2 и 3) в простейшем случае представляет собой немагнитный диск, на лицевой и обратной поверхностях которо15

50 го методом печатного монтажа нанесены активные проводники . При этом каждая секция многофазной обмотки якоря состоит из первого 13 и второ4 го 14 активных проводников. Секции, образуя воновую,обмотку, соединены в каждой фазе последовательно. Ак» тивные проводники плоские и имеют гому, лежат на одном и том же радиусе. Величина угла при вершинах 15 и 16 изломов иэ условий упрощения технологии изготовления печатной обмотки выбрана в пределах 60-120О.

Ширина активного проводника 13, измеренная по дуге окружности рабочей поверхности диска, не превышает ширины промежутка между активными проводниками.

Второй активный проводник 14 каждой секции проходит по обратной поверхности диска (на фиг. 2 и 3 это показано пунктиром), переход осущест.. вляется через отверстия в диске (на фиг. 2 и 3 они показаны точками), проводник располагается против промежутка между двумя активными проводниками на лицевой поверхности диска.

На фиг. 2 схема печатной обмотки показана условно, развернутая в прямоугольник, а для упрощения— при одной паре полюсов, но для двух фаз 17 и 18 с концами 19 и 20.

На фиг. 3 обмотка показана частично, но на реальной рабочей поверхности диска в восьмиполюсном варианте с единственным упрощением в изображении группы активных проводников 21 (активные проводники изображены прямыми линиями).

Для увеличения ЭДС, наводимой в обмотке якоря при вращении, следовательно для повышения устойчивости, движения, якорь целесообразно выполнить из нескольких дисков 22 — 25 (фиг. 4 и 5), разделенных немагнитными изоляционными промежутками 26.

При этом обмотки отдельных дисков по каждой фазе 17 и 18 или 27 и 28 соединены последовательно. С этой же целью на нижней поверхности верхней панели 11 расположено плоское медное кольцо (диск 12) °

1062829 диск 7 до скорости вращения, соответствующей частоте эталонного генератора устройства 8 управления.

В дальнейшем скорость вращения под" держивается стабильной за счет обратной связи по скорости вращения через датчик 10, т.е. путем сравнения текущей частоты с эталонной и выработки соответствующего управляющего воздействия при расхождении указанных частот.

Равномерность движения, т.е. постоянство мгновенной скорости вращения, обеспечивается двумя путями: исключением высших гармоник из состава выходного напряжения элект- 15 ропреобразовательного устройства и исключением высших пространственных гармонических. составляющих из состава магнитного потока обмотки якоря. Поскольку магнитная индукция 20 кольцевого магнита не постоянна по радиусу, а по углу изменяется не строго по синусоидальному закону, то обычными приемами (распреде лением обмотки якоря, укорочением шага и.скосом активных проводников) не удается исключить влияние высших пространственных гармоник

МДС якоря. Применение пилообразной формы активных проводников обеспечивает постепенное вхождение проводника в зону действия магнитного потока, причем на любом расстоянии рассматриваемой области кольцевого магнита от центра. Расположение вершин 15 и 16 излома, прилегающих один к другому проводников на общем радиусе обеспечивает плавную смену одного проводника другим при прохождении данной области кольцевого магнита. Таким образом, пилообраз 40 ная форма активных проводников и их особое расположение обеспечивают плавное вхождение каждой зоны с током в соответствующую область маг нитного поля, а это значит, что дей- 45 ствие высших гармоник магнитного потока и МДС якоря по углу и радиусу взаимодействующих элементов будут взаимно уничтожаться.

Форма выходного напряжения уст- 50 ройства 1 зависит от пространственного распределения индукции магнит- ного поля магнита 5, так как формирование выходного напряжения происходит по сигналам датчиков 9 положения, реагирующих на величину индукции магнитного потока. Поэтому, если распределение поля магнита 5 в пространстве несинусоидальное, то выходное напряжение преобразовате- ля.1 также будет несинусоидальньач.

Однако, если предусмотреть размещение на нижней поверхности верхней панели 11 якоря 4 плоского медного кольца 12,то действие высших гармоник будет ослаблено. Проводящее медное кольцо обусловливает тормозной момент, величина которого при активном характере электрических сопротивлений кольца будет пропорциональна скорости вращения ротора (М,.=

=KN ), т.е. действием этого момента будет вводиться демпфирующий эффект.

Другим путем ослабления действия высших гармонических составляющих поля и, следовательно, выходного напряжения, является разбиение дисков якоря на две группы (фиг. 5), в каждой из которых одноименные фазы обмоток 17,18 и 27, 28 включаются последовательно. Фазы 17 и 18 получают питание от преобразовательного устройства 1. Фазы 27 и 28 также подключены под двухфазное напряжение этого устройства, но напряжение на них сдвинуто от соответствующих напряжений обмоток 17 и 18 на

8О где к — номер выс

180О шей гармонйки напряжения, имеющей наибольшую амплитуду. Так, например, если к=5, то ok=36 . Тогда для пятой гармоники этот сдвиг окажется равным 180 о и созданный ею момент для одной группы дисков будет уничтожаться моментом, обусловленным другой группой дисков.

Таким образом, применение якоря с новой по форме и включению печатной обмоткой позволит обеспечить высокую равномерность и устойчивость движения привода в сверхтихоходном варианте исполнения. При этом конструкция и, следовательно, технология изготовления значительно упростятся, а осевая длина двигателя уменьшится °

1062829

1062829

Составитель А. Санталов.

Редактор А.Козориз Техред С.Мигунова

Корректор N. Шароши

Заказ 10257/56 Тираж 687 ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Подписное

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