Вентильный репульсионный электродвигатель

 

Изобретение относится к электродвигателям с бесконтактной коммутацией. Цель изобретения - упрощение конструкции, снижение габаритов и массы электродвигателя. Вентильный репульсионный электродвигатель содержит статор 1, имеющий полюсы 2 и 3, однофазную обмотку 4 статора и электрические источники света 5 и 6, а также ротор 7, который имеет электрически не соединенные друг с другом секции 8.1 - 8.4 обмотки ротора, замкнутые на двупроводящие вентильные полупроводниковые светочувствительные элементы 9.1 - 9.4, расположенные под теми же полюсами статора, что и обмотка ротора. Секции обмотки ротора сдвинуты одна относительно другой по окружности ротора на одинаковый угол, полупроводниковые светочувствительные элементы сдвинуты по окружности ротора относительно осей соответствующих секций ротора. Электрические источники 5 и 6 света установлены во впадинах между полюсами статора, а на роторе выполнено зеркальное кольцо, расположенное напротив источников света. Полупроводниковые светочувствительные элементы ротора расположены в зоне зеркального кольца ротора, а на поверхности полюсов, обращенной к ротору, размещены светопоглощающие и зеркальные секторы, причем зеркальные секторы полюсов статора расположены по разные стороны от продольной плоскости, проходящей через оси полюсов статора. Поперечная угловая ширина зеркального сектора каждого полюса может быть равной половине угловой ширины полюса, а на остальной части поверхности полюса над ротором размещен светопоглощающий сектор. Угловая ширина каждого из полюсов статора может быть больше половины полюсного деления статора. На полюсе статора, на границе между зеркальным и светопоглощающим секторами может быть установлена светопоглощающая шторка из гибкого материала, расположенная над зеркальным кольцом ротора. Для обеспечения реверсивности электродвигатель может быть снабжен вторым комплектом зеркальных колец, зеркальных и светопоглощающих секторов, источников света и светочувствительных элементов, расположенных с аксиальным смещением относительно элементов основного комплекта. Зеркальные и светопоглощающие секторы дополнительного комплекта расположены с угловым смещением относительно одноименных элементов первого комплекта на угол, близкий к 180 электрическим градусам. 4 з.п. ф-лы, 17 ил.

союз советских

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (si)s Н 02 К 29/10

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ о о (Я ф

«4 (21) 4412172/07 (22) 19.04.88 (46) 23.07.91. Бюл. М 27 (75) В.B.Àðñåíüåâ (53) 621.313.392(088.8) (56) Патент ФРГ ¹ 11226655227777, кл.21 d 39„

1968.

Патент США ¹ 3821619, кл. 318-138, 1974. (54) ВЕНТИЛЬНЫЙ РЕПУЛЬСИОННЫЙ

ЭЛ Е КТРОДВИ ГАТЕЛ Ь (57) Изобретение относится к электродвигателям с бесконтактной коммутацией. Цель изобретения — упрощение конструкции, снижение габаритов и массы электродвигателя. Вентильный репульсионный электродвигатель содержит статор 1, имеющий полюсы 2 и 3, однофазную обмотку 4 статора

„„ Ы,, 1665471 А1 и электрические источники света 5 и 6, а также ротор 7, который имеет электрически не соединенные друг с другом секции 8.1-8.4 обмотки ротора, замкнутые на двупроводящие вентильные полупроводниковые светочувствительные элементы 9,1-9,4, расположенные под теми же полюсами статора, что и обмотка ротора. Секции обмотки ротора сдвинуты одна относительно другой по окружности ротора на одинаковый угол, полупроводниковые светочувствительные элементы сдвинуты по окружности ротора относительно осей соответствующих секций ротора. Электрические источники 5 и 6 света установлены во впадинах между полюсами статора, а на роторе выполнено зеркальное кольцо, расположенное напротив источников света. Полупроводниковые светочувст1665471

20

35 вительно элементы ротора расположены в зоне зеркального кольца ротора, а на поверхности полюсов, обращенной к ротору, размещены светопоглощающие и зеркальные секторы, причем зеркальные секторы полюсов статора расположены по разные стороны от продольной плоскости,, проходящей через оси полюсов статора. Поперечная угловая ширина зеркального сек тора каждого полюса может быть равной . половине угловой ширины полюса, а на ос, тальной части поверхности полюса над ро-! тором размещен светопоглощающий, сектор. Угловая ширина каждого из полюсов статора может быть больше половины по, люсного деления статора. На полюсе стато-! ра, на границе между зеркальным и (Изобретение относится к электродвига телям с бесконтактной коммутацией.

Цель изобретения — упрощение конст, рукции и повышение надежности, уменьше ние размеров и массы электродвигателя.

На фигЛ показан электродвигатель с радиальным воздушным зазором в попереч ной проекции; на фиг.2 — разрез А-А на фиг.1; на фиг.3- электрическая схема одной из секций обмотки ротора: на фиг.4- секции обмотки ротора и светочувствительный эле, мент с соответствующими угловыми разме рами; на фиг.5 — часть развертки активной поверхности ротора двигателя; на фиг.б— развертка поверхности полюса статора со стороны между полюсом и ротором; на фиг.7- двигатель с аксиальным воздушным зазором, продольный разрез; на фиг.8— разрез Б-Б на фиг.7; на фиг.9 — разрез 8-8 на фиг.7; на фиг.10 — поверхность полюса статора со стороны зазора между полюсом и ротором; на фигЛ 1 — часть электродвигателя со светопоглощающей шторкой (роторцилиндрический); на фиг.12 — часть электродвигателя с цилиндрическим ротором, образующая световод; на фиг.13 — реверсивный электродвигатель, разрез; на фиг.14- развертка поверхности его ротора; на фиг.15 — развертка поверхности одного из его полюсов; на фигЛ6 — электрическая схема соединения секции со светочувствительными элементами; на фиг.17 — то же, но для случая, если светочувствительные элементы закрываются под действием света.

Электродвигатель содержит статор 1, на полюсах 2 и 3 которого расположена . однофазная обмотка 4, и электрические источники 5 и 6 света. Секции обмотки 4 могут светопоглощающим секторами может быть установлена светопоглощающая шторка из гибкого материала, расположенная над зеркальным кольцом ротора. Для обеспечения реверсивности электродвигатель может быть снабжен вторым комплектом зеркальных колец, зеркальных и светопоглощающих ректоров, источников света и светочувствительных элементов, расположенных с аксиальным смещением относительно элементов основного комплекта.

Зеркальные и светопоглощающие секторы дополнительного комплекта расположены с угловым смещением относительно одноименных элементов первого комплекта на угол, близкий к 180 электрическим градусам. 4 з.п,ф-лы. 17 ил, располагаться на полюсах статора, а электрические источники 5 и 6 света могут выполняться в виде ламп или полупроводниковых светоэлементов с отражателями или линэаРотор 7 электродвигателя имеет электрически не соединенные друг с другом секции 8,1-8.4, расположенные под полюсами статора, а также полупроводниковые светочувствительные элементы 9.1-9.4 (или фотоэлементы), расположенные в активной зоне полюсов статора.

Светочувствительные элементы 9.1-9.4 электрически соединены с соответствующими обмотками 8,1-8.4 ротора. Обмотки 8.18.4 ротора сдвинуты друг относительно друга по окружности ротора на одинаковый угол а(фигЛ;4). Для четырех секций 8.1-8.4 (фиг.1.4) угол а между осями соседних секций, например секций обмоток 8.1-8.2. равен 45О. Светочувствительные элементы

9.1-9.4 могут быть сдвинуты относительно осей соответствующих секций 8.1-8.4 на угол /3(фиг.1 и 4). Угол фсдвига можно брать равным или близким к 90 для двухполюсной конструкции (фиг.1,4).

Особенностью двигателя является то, что источники 5 и 6 света устанавливаются в соответствующих впадинах между полюсами статора (фиг.1,2,8), а на роторе 7 выполняется зеркальное кольцо 10 (фиг,1,2,5,9), которое расположено под полюсами статора и источниками 5 и 6 света.

При этом полупроводниковые светочувствительные элементы 9,1-9.4 располагаются в зоне зеркального кольца 10 ротора(фиг.5,9), а каждый из полюсов статора выполняется

1665471

10

25

35

45

55 со смежными светопоглощающими и зеркальными секторами 11-14, обращенными к зеркальному кольцу ротора 7.

Угловая ширина зеркального сектора 12 может быть равна половине угловой ширины у полюса статора, в частности полюса 2,фиг.6, другую половину ширины полюса статора может занимать светопоглощающий сектор 11. Аналогично обеспечивается и для полюса 3. Помимо сектора со светопоглощением, светопоглощающей (или черной) можно выполнять и всю остальную lloBBpxHocTb каждого полюса за исключением зеркального сектора полюса.

Из фиг,1 можно также видеть, что зеркальные секторы 12 и 14 полюсов 2 и 3 статора располагаются по разные стороны от продольной плоскости, проходящей через ось 15 полюсов 2 и 3. У оси 16, перпендикулярной оси 15 полюсов статора, можно располагать источники 5 и 6 (фиг,1).Угловая ширина полюсов 2 и 3 может быть больше половины полюсного деления статора. Для двухполюсной конструкции (фиг,1) с полюсным делением в 180 угловая ширина каждого из полюсов 2 или 3 статора может быть равна 120-170 . Особенностью конструкции, представленной на фиг.7-10,является то, что ротор 7 выполняется дисковым (неферромагнитным или ферромагнитным), помимо полюсов 2 и 3 на статоре 1 выполнено еще два полюса 17 и 18, аналогичные полюсам 2 и 3 (т.е, конструкция фиг.7-10 четырехполюсная), соответственно, на статоре между полюсами статора добавлено еще два источника 19 и 20 света, под дисковым ротором 7 (фиг.7) могут располагаться дополнительные магнитопроводы 21 статора для замгчкания магнитного потока полюсов статора. На всех полюсах 2,3,17,18 располагаются секции однофазной обмотки 4. Дисковый ротор 7 (фиг. 7,9) выполняется с широким плоским зеркальным кольцом 10 (фиг.9), в зоне которого размещены светочувствительные элементы 9.1-9.4 ротора, секции обмотки ротора при этом могут выполняться волновыми (фиг,9). На фиг.9 показана только одна обмотка 8.1 ротора с соответствующим светочувствительным элементом 9,1, соединенным с нею. Проводники секции 8.1 ротора нигде не пересекаются друг с другом, за исключением перемычки 22, электрически соединяющей внутренний и внешний витки спирали.

Цилиндрический ротор 7 (фиг.1,2)также может быть как ферромагнитным, так и неферромагнитным, В последнем случае он выполняется полым (стаканообразным), а внутри его устанавливается внутренний цилиндрический магнитопровод статора °

В качестве полупроводниковых светочувствительных элементов 9.1-9,2 можно принять разгичные вентильные двухпроводящие светочувствительные приборы и микросхемы: фотодиоды, включенные параллельно и обратно один другому, фоторезисторы, составные фототранзисторы, Светочувствительные элементы можно применять как в варианте с открыванием их, так и в варианте с закрыванием при воздействии света. В качестве однофазного источника переменного напряжения могут быть использованы различные разнополярные ключевые генераторы, а также и обычная однофазная сеть. Источники 5,6,19,20 света можно питать от тех же источников, что и обмотки 4 статора. Зеркальные поверхности секторов полюсов статора и кольца 10 ротора могут выполняться напылением или осаждением тонких пленок светоотражающего материала. Светопоглощающие поверхности и секторы выполняются также напылением, осаждением и окислением (зачернением) соответствующих материалов, KBK ферромагнитных так и непроводящих.

Двигатель работает следующим образом.

Переменный ток обмотки статора создает переменное магнитное поле, Переменное поле полюсов 2 и 3 создает ЭДС в соответствующих их секциях8.1-8.4 ротора, которые коммутируются элементами 9.19.4. Свет, испускаемый источниками 5 и 6 статора (фиг.1,12), попадает в рабочий зазор между полюсами статора и ротором 7 и, отражаясь от зеркальных поверхностей кольца 10 ротора и секторов 12 и 14 полюсов

2 и 3 статора, распространяется вдоль рабочего зазора в первом и третьем квадрантах фиг.1,12 отпирая или запирая светочувствительные элементы. Во втором и четвертом квадрантах {фиг.1). где расположены светопоглощающие секторы 11 и 13,света практически нет

Зеркальные секторы 12 и 14 и расположенное под ними зеркальное кольцо 10 (фиг.12) с рабочим зазором между полюсами статора и ротором 7 играют по сути роль световодов, распределяющих свет по указанным квадрантам. Эффект распространения света по узким зазорам и щелям с зеркальными стенками хорошо известен и широко применяется (например, s перископах, эндоскопах и т.д.)

Если светочувствительные элементы

9.1-9.4 выполняются с открыванием току при освещении их светом и закрыванием при их затемнении, запитывание обмоток

8.1-8.4 производится в первом и третьем (освещенных) квадрантах (фиг.1), Двигатель

1665471

55 при этом развивает полезный вращающий момент.

Если же светочувствительные элементы

9.1-9.4 выполняются с закрыванием току при освещении их светом и открыванием при их затемнении, запитывание обмоток 8.1-8.4 производится во втором и четвертом (затемненных) квадрантах. (фиг,1), Двигатель при этом развивает полезный момент и вращается в другую сторону.

Каждая из обмоток 8.1-8.4 ротора проходит под током и развивает полезный вра, щающий момент на большом угле почти в

180О за оборот, т,е. два раза почти по 90 .

На полюсе 2 или 3 статора, на границе между зеркальным и светопоглощающим секторами можно помещать светопоглощающую шторку 23 (фиг.11), Данная шторка 23 (из, гибкого материала или ткани) дополнитель; но разделяет освещенный и неосвещенные

;, сектора, а также протирает зеркальное вра, щающее кольцо 10. Шторки могут быть и на обоих полюсах.

Реверсивный электродвигатель (фиг.13, 17) содержит дополнительные источники света 24 и 25 на статоре, дополнительное зеркальное кольцо 26 на роторе 7, дополни тельные светочувствительные элементы 27.1-27,4, размещенные в зоне кольца 26, и

1 на полюсе 2)дополнительные зеркальный и светопоглощающий секторы 28 и 29 соот, ветственно. На полюсе 3 выполняются аналогичные зеркальный и светопоглощающий

„, секторы. Кольцо 10 расположено под источниками 5 и 6, а кольцо 26 — под источниками

24 и 25. Поперечная торцовая проекция ре; версивного двигателя аналогична проекции фиг.1, Все дополнительные элементы размещены с аксиальным сдвигом (фиг.14) относительно одноименных основных элементов, Источники 5, 6 и 24,25 отделены светонепроницаемой перегородкой 30.

Дополнительный светопоглощающий сектор 29 расположен (фиг.15) на поверхности полюса 2 напротив продольно зеркального сектора этого же полюса, т.е. одноименные секторы полюса 2 смещены друг относительно друга на угол, близкий к

90 эл.град.(фиг.15). Для полюса 3 все аналогично, Дополнительные светочувствительные элементы 27,1-27.4 подключаются параллельно основным, если светочувствительные элементы выполнены с возможностью отпирания при их освещении (фиг.16), и последовательно (фиг.17), если при освещении они запираются, Для прямого вращения включаются источники 5 и 6 и источники 24 и 25 отключаются.

Для реверсирования отключаются основные источники 5 и 6 света и подключаются дополнительные источники 24 и 25, Электродвигатель может найти применение, например, в микроприводе бытовых приборов.

Формула изобретения

1, Вентильный репульсионный электродвигатель, содержащий статор, на котором расположены однофазная обмотка и электрические источники света, а также ротор, на котором размещены электрически разделенные одна от другой секции обмотки ротора, замкнутые на установленные также на роторе полупроводниковые светочувствительные элементы, секции обмотки ротора смещены одна относительно другой по окружности ротора на одинаковый угол, полупроводниковые светочувствительные элементы сдвинуты Ilo окружности ротора относительно осей тех секций обмотки ротора, с которыми они электрически соединены, полупроводниковые светочувствительные элементы выполнены двухпроводными, вентильными, от л и ч а юшийся тем, что, с целью упрощения конструкции и повышения надежности, уменьшения размеров и массы электродвигателя, ротор снабжен зеркальным кольцом, статор двигателя снабжен зеркальными и светопоглощающими секторами, электрические источники света установлены во впадинах между полюсами статора, зеркальное кольцо расположено.на поверхности ротора, обращенной к полюсам статора и источникам света, при этом полупроводниковые светочувствительные элементы ротора расположены в зоне зеркального кольца ротора, а каждый из полюсов статора выполнен со смежными светопоглощающим и зеркальным секторами, расположенными на поверхности полюсов напротив зеркального кольца ротора. причем зеркальные секторы полюсов статора расположены по разные стороны от продольной плоскости, проходящей через оси полюсов статора.

2, Электродвигатель по п.1, о т л и ч à юшийся тем; что угловая ширина зеркального сектора каждого полюса статора равна половине угловой ширины полюса, а на остальной части поверхности полюса расположен светопоглощающий сектор.

3, Электродвигатель по п.1, о т л и ч а ющ и,й с я тем, что угловая ширина каждого из полюсов статора больше половины полюсного деления статора.

4. Электродвигатель по п.1, о т л и ч а юшийся тем, что на полюсе статора, на границе между зеркальным и светопогло1665471

A-A

Фиг. 2

Фиа7 щающим секторами, установлена светопоглощающая шторка из гибкого материала.

5. Электродвигатель по п.1, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью обеспечения реверсивности, он снабжен дополнительными аналогичными основному зеркальным кольцом, зеркальными и светопоглощающими секторами, источниками света и светочувствительными элементами, по конст рукции аналогичным основным и расположенным на тех же элементах конструкции электродвигателя с аксиальным смещением

5 относительно основных элементов, причем дополнительные зеркальные и светопоглощающие секторы расположены напротив соответственно светопоглощающих и зеркальных основных секторов.

1бб5471

1665471

8и2 72 гЗ81гЪ в,ргали Р7у 8.

22 ВЗ Ям lg

Фи. 19

27.7

ЮуГ 78

Составитель А,Санталов

Редактор С.Патрушева Техред M.Mîðãåèòàë Корректор O.Êðàåöîâà

Заказ 2397 Тираж 328 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101