Бесконтактный двигатель постоянного тока

 

Использование: в управляемых и неуправляемых приводах постоянного тока для различных систем автоматического управления и регулирования. Сущность изобретения: двигатель содержит двухфазную обмотку, секции которой соединены по мостовой схеме, два датчика положения ротора двигателя, сдвинутые в пространстве относительно друг друга на 90 эл. град., электронную схему коммутации из четырех силовых транзисторов. В схеме предусмотрены два дополнительных транзистора и двухпозиционный переключатель с двумя группами контактов, через который датчики положения ротора и упомянутые транзисторы, работающие в противофазе с датчиками, подключены к электронной схеме коммутации. 1 ил.

Изобретение относится к области электротехники, в частности к бесконтактным двигателям постоянного тока, и может быть использовано в приводах постоянного тока как неуправляемых, так и управляемых для различных систем автоматического управления и регулирования.

Известен бесконтактный двигатель постоянного тока, содержащий двухфазнуюю обмотку, секции которой соединены между собой по мостовой схеме, датчики положения ротора двигателя и двухмостовую электронную схему коммутации, каждый мост которой выполнен на четырех силовых транзисторах, образующих комплементарные пары, управляемые датчиками положения ротора двигателя через промежуточные транзисторы, причем к диагоналям этих мостов подключены диагонали мостовой схемы двухфазной обмотки двигателя [1] Недостатком известного двигателя является сложность электронной схемы коммутации и невысокая надежность в эксплуатации из-за наличия большого числа радиоэлектронных элементов, а также из-за того, что отказ хотя бы одного из транзисторов схемы коммутации приводит к отказу двигателя в целом.

Известен другой бесконтактный двигатель постоянного тока, являющийся улучшенной модификацией вышеописанного, где силовые транзисторы электрической схемы коммутации управляются непосредственно от датчиков положения ротора двигателя [2] Данный двигатель является наиболее близким по технической сущности к заявляемому и содержит двухфазную обмотку, секции которой соединены по мостовой схеме, датчики положения ротора двигателя, выполненные в виде двух датчиков Холла, подключенных первым и вторым выводом через соответствующие резисторы к шинам питания и cдвинутых в пространстве относительно друг друга на 90 эл. град. и двухмостовую электронную схему коммутации, каждый мост которой выполнен в виде двух силовых p-n-p транзисторов и двух силовых n-p-n транзисторов, эмиттеры p-n-p транзисторов подключены к положительной шине питания, а эмиттеры n-p-n транзисторов к отрицательной шине питания, к которой через резисторы подключены также их базы, соединенные соответственно с третьим и четвертым выводами датчика Холла, коллекторы транзисторов разноименной проводимости попарно соединены между собой через соответствующий диод, причем точка соединения катода, диода и коллектора n-p-n транзистора одной пары соединена через резистор с базой p-n-p транзистора другой пары, точки соединения анода и диода с коллектором p-n-p транзистора одного моста электронной схемы коммутации подключены к первой диагонали, а другого к второй диагонали мостовой схемы двухфазной обмотки двигателя.

Однако и эта схема является довольно сложной и не обеспечивает достаточной надежности в эксплуатации, а кроме того, ни та ни другая схема не предусматривает возможности реверса двигателя.

Целью данного изобретения является устранение указанных недостатков, т. е. упрощение схемы, повышение ее надежности и обеспечение возможности реверса двигателя.

Решение поставленной задачи достигается благодаря тому, что в бесконтактный двигатель постоянного тока, содержащий двухфазную обмотку, секции которой соединены по мостовой схеме, два датчика положения ротора двигателя, подключенные к шинам питания и сдвинутые в пространстве относительно друг друга на 90 эл. град. и электронную схему коммутации, введены две цепочки из последовательно соединенных p-n-p транзистора и резистора и из и из последовательно соединенных резистора и n-p-n транзистора, включенных между положительной и отрицательной шинами питания, и двухпозиционный переключатель, к первым неподвижным контактам первой и второй контактных групп которого подключены коллекторы p-n-p и n-p-n транзисторов, к вторым неподвижным контактам базы транзисторов и выходы датчиков положения ротора, а электронная схема коммутации выполнена в виде двух силовых p-n-p транзисторов и двух силовых n-p-n транзисторов, подключенных эмиттерами к соответствующей шине питания, базы первых p-n-p и n-p-n транзисторов схемы коммутации подключены к подвижным контактам переключателя, базы вторых p-n-p и n-p-n транзисторов через соответствующие резисторы соединены с коллекторами первых p-n-p и n-p-n транзисторов, причем коллекторы одноименных транзисторов подключены к соответствующей диагонали мостовой схемы двухфазной обмотки двигателя, секции которой, образующие противоположные плечи моста, подключены к смежным секциям одноименными выводами.

Сущность изобретения поясняется принципиальной электрической схемой устройства.

Бесконтактный двигатель постоянного тока содержит две цепочки из последовательно соединенных p-n-p транзистора 1 и резистора 2 и из последовательно соединенных резистора 3 и n-p-n транзистора 4, две цепочки из последовательно соединенных резистора 5(6) и датчика 7(8) положения ротора, включенные между положительной и отрицательной шинами питания, двухпозиционный переключатель 9 и электронную схему коммутации, выполненную на двух силовых p-n-p транзисторах 10 и 11 и двух силовых n-p-n транзисторах 12 и 13, эмиттеры которых подключены соответственно к положительной и отрицательной шинам питания. Базы транзисторов 10 и 12 подключены к подвижным контактам переключателя 9, к первым неподвижным контактам первой и второй контактных групп которого подключены коллекторы транзисторов 1 и 4, а к вторым неподвижным контактам базы этих транзисторов и выходы датчиков 7 и 8 положения ротора. Коллекторы транзисторов 10 и 12 соединены соответственно с базами транзисторов 11 и 13 через резисторы 14 и 15.

Двухфазная обмотка двигателя выполнена в виде одинаковых секций 16, 17, 18 и 19, соединенных между собой по мостовой схеме, в одну диагональ которой включены коллекторы транзисторов 10 и 11, в другую коллекторы транзисторов 12 и 13.

В качестве датчиков 7 и 8 положения ротора двигателя могут быть использованы датчики Холла, магниторезисторы, пары фотодиод-светодиод и т.п. причем датчики должны быть сдвинуты в пространстве относительно друг друга на 90 эл. град.

Если переключатель 9 находится в нижнем (по схеме) положении, то при вращении ротора двигателя в момент прохождения им точки, где расположен первый датчик 7 положения ротора, условно называемой нулевой, открывается транзистор 10 и остается открытым до тех пор, пока ротор не повернется на 180 эл. град. относительно этой точки. После чего транзистор 10 закроется.

В момент прохождения ротором второй точки, отстоящей от нулевой на 90 эл. град. где расположен второй датчик 8 положения, открывается транзистор 12 и остается открытым до тех пор, пока ротор не повернется на 180 эл. град. относительно этой точки. После чего транзистор 12 закроется.

Таким образом, зона, когда одновременно открыты оба транзистора 10 и 12 составляет 90 эл.град. При этом через секцию 16 двухфазной обмотки протекает полный ток, т. е. ток, определяемый сетевым напряжением и сопротивлением секции обмотки, от точки "г" к точке "а". Одновременно одна треть полного тока протекает через секции 17, 18, 19. Магнитные поля секций 19 и 17 взаимно уничтожаются, а магнитные поля секций 18 и 16 складываются, что обеспечивается схемой включения фаз обмотки.

После того, как датчик 7 отключит транзистор 10, а транзистор 12 будет оставаться открытым при повороте ротора еще на 90 эл. град. ток базы транзистора 11 потечет через резистор 14, секцию 16 обмотки и цепь коллектор-эмиттер транзистора 12, транзистор 11 откроется. Ранее, когда транзистор 10 был открыт, транзистор 11 не мог открыться, т.к. его база была фактически соединена с положительной шиной питания. В результате полный ток потечет через секцию 17 обмотки от точки "б" к точке "а", а одна треть тока - через секции 18, 19 и 16. Здесь также, как было описано выше, поля двух секций обмотки в данном случае 16 и 18 взаимно уничтожаются, а поле секции 19 сложится с полем секции 17 и увеличит рабочий магнитный поток двигателя на одну треть.

В дальнейшем работа схемы происходит аналогично: откроется транзистор 13, и полный ток потечет через секцию 18, а одна треть тока через секции 17, 16 и 19 обмотки. Затем вновь откроется транзистор 10, и полный ток потечет через секцию 19, а одна треть тока через секции 16, 17 и 18. Во всех случаях поля двух противоположно расположенных секций обмотки, по которым течет одна треть полного тока, взаимно уничтожаются, а поле секции, расположенной против секции, по которой течет полный ток, складывается с этим полем.

Если переключатель 9 перевести в верхнее (по схеме) положение, то коммутация обмоток будет производиться транзисторами 1 и 4, работающими в противофазе с датчиками 7 и 8 положения ротора, что приведет к реверсу двигателя.

Таким образом, в данном устройстве при наличии упрощенной схемы коммутации обеспечивается угол коммутации 90 эл. град. на одну треть увеличивается рабочий магнитный поток машины, а токи в секциях двухфазной обмотки, поля которых взаимно уничтожаются, незначительно увеличивают потери в меди.

Заявляемый бесконтактный двигатель постоянного тока значительно проще по своему схемному решению по сравнению с описанными выше аналогом и прототипом и обладает повышенной надежностью как за счет уменьшения числа радиоэлектронных элементов, так и за счет того, что между комплементарными парами транзисторов включены обмотки двигателя, это исключает возможность короткого замыкания источника питания. Возможность реверсирования, предусмотренная в схеме, расширяет область применения данного двигателя.

Формула изобретения

Бесконтактный двигатель постоянного тока, содержащий двухфазную обмотку, секции которой соединены по мостовой схеме, два датчика положения ротора двигателя, подключенные к шинам питания и сдвинутые в пространстве относительно друг друга на 90 эл.град. и электронную схему коммутации, отличающийся тем, что в него введены две цепочки из последовательно соединенных p n p-транзистора и резистора и из последовательно соединенных резистора и n p n-транзистора, включенные между положительной и отрицательной шинами питания, и двухпозиционный переключатель, к первым неподвижным контактам первой и второй контактных групп которого подключены коллекторы p n p- и n p n- транзисторов, к вторым неподвижным контактам базы транзисторов и выходы датчиков положения ротора, а электронная схема коммутации выполнена в виде двух силовых p n p-транзисторов и двух силовых n p n- транзисторов, подключенных эмиттерами к соответствующей шине питания, базы первых p n p- и n p - n-транзисторов схемы коммутации подключены к подвижным контактам переключателя, базы вторых p n p- и n p n- транзисторов через соответствующие резисторы соединены с коллекторами первых p n p- и n p - n- транзисторов, причем коллекторы одноименных транзисторов подключены к соответствующей диагонали мостовой схемы двухфазной обмотки двигателя, секции которой, образующие противоположные плечи моста, подключены к смежным секциям одноименными выводами.

РИСУНКИ

Рисунок 1