PL197237B1 - Silnik elektryczny - Google Patents

Abstract

1. Silnik elektryczny, zawieraj acy stojan z rdze- niem i uzwojeniem umieszczonym na rdzeniu stojana oraz wirnik, maj acy wa l osadzony wewn atrz rdzenia stojana i obrotowo wzgl edem stojana wokó l wzd lu znej osi wa lu, przy czym ze stojanem i wirnikiem jest po la- czona obudowa podtrzymuj aca stojan i wirnik, a ponadto silnik zawiera p lytk e z obwodem drukowa- nym do sterowania dzia laniem silnika, przy czym p lytka z obwodem drukowanym ma zainstalowany na niej styk mocy elektrycznej dla uzwojenia, znamienny tym, ze obudowa (26) jest ukszta ltowana z gniazdem wtykowym (76) dla wtyku (78) doprowadzania ze- wn etrznego zród la mocy elektrycznej, przy czym w po lo zeniu po laczenia wtyku (78) ze stykiem zasila- j acym (74) s a one umieszczone w obudowie (26), która zawiera element pozycjonuj acy wtyku (78) do naprowadzania wtyku (78) na p lytk e z obwodem dru- kowanym (40), przy czym styk zasilaj acy (74) w po lo zeniu po laczenia z wtykiem (78) jest tylko cz e- sciowo umieszczony we wn etrzu wtyku (78). PL PL PL PL PL

Description

(12) OPIS PATENTOWY (19) PL (11) 197237 B1 (21) Numer zgłoszenia: 344293 (22) Data zgłoszenia: 27.03.2000 ^{(51) IntCL}

H02K 5/22 (2006.01) (86) Data i numer zgłoszenia międzynarodowego: ^{H02K 11/04} (²⁰⁰⁶°¹)

27.03.2000, PCT/US00/08104 F04D ^25/06 (²00⁶.0Ί) (87) Data i numer publikacji zgłoszenia międzynarodowego:

28.09.2000, WO00/57539 PCT Gazette nr 39/00 (54) Silnik elektryczny

(30) Pierwszeństwo: 25.03.1999,US,09/276,275	(73) Uprawniony z patentu: GENERAL ELECTRIC COMPANY, Schenectady,US
(43) Zgłoszenie ogłoszono: 22.10.2001 BUP 22/01	(72) Twórca(y) wynalazku: Robert Keith Hollenbeck,Fort Wayne,US James E. Grimm,Ossian,US Gregory Alan Thompson,Fort Wayne,US
(45) O udzieleniu patentu ogłoszono: 31.03.2008 WUP 03/08	(74) Pełnomocnik: Kowal Elżbieta, POLSERVICE, Kancelaria Rzeczników Patentowych Sp. z o.o.

(57) 1. Silnik elektryczny, zawierający stojan z rdzeniem i uzwojeniem umieszczonym na rdzeniu stojana oraz wirnik, mający wał osadzony wewnątrz rdzenia stojana i obrotowo względem stojana wokół wzdłużnej osi wału, przy czym ze stojanem i wirnikiem jest połączona obudowa podtrzymująca stojan i wirnik, a ponadto silnik zawiera płytkę z obwodem drukowanym do sterowania działaniem silnika, przy czym płytka z obwodem drukowanym ma zainstalowany na niej styk mocy elektrycznej dla uzwojenia, znamienny tym, że obudowa (26) jest ukształtowana z gniazdem wtykowym (76) dla wtyku (78) doprowadzania zewnętrznego źródła mocy elektrycznej, przy czym w położeniu połączenia wtyku (78) ze stykiem zasilającym (74) są one umieszczone w obudowie (26), która zawiera element pozycjonujący wtyku (78) do naprowadzania wtyku (78) na płytkę z obwodem drukowanym (40), przy czym styk zasilający (74) w położeniu połączenia z wtykiem (78) jest tylko częściowo umieszczony we wnętrzu wtyku (78).

PL 197 237 B1

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest silnik elektryczny.

Znany jest montaż silnika elektrycznego wymagający, aby wirnik był montowany obrotowo względem stojana, tak aby magnesy wirnika znajdowały się współliniowo z jednym lub wieloma uzwojeniami stojana. Konwencjonalnie odbywa się to przez zainstalowanie wirnika na ramie, która jest przymocowana do stojana. Wał przechodzi przez stojan, i obraca się wokół osi stojana. Do osłonięcia stojana i wirnika może służyć rama lub oddzielny korpus. Poza tymi częściami składowymi silnika montuje się również podzespoły sterujące. Silnik z komutacją elektryczną może być wyposażony w płytkę z obwodem drukowanym z zamontowanymi na niej różnymi częściami składowymi. Montaż silnika wymaga elektrycznego połączenia podzespołów płytki drukowanej z uzwojeniem oraz zapewnienia połączenia elektrycznego z zewnętrznym źródłem zasilania. Sama płytka z obwodem drukowanym jest zamocowana na stałe, zwykle przez przyłączenie do stojana za pomocą elementów złącznych, lub przez zgrzewanie, lutowanie lub klejenie. Wiele z tych etapów wykonuje się ręcznie, co się wiąże ze znacznymi kosztami materiałów i robocizny. Łączniki, i wszelkie inne materiały wykorzystywane jedynie do połączenia, stanowią części dodatkowe, charakteryzujące się własnymi kosztami i czasem, potrzebnym do montażu.

Tolerancje części składowych silnika elektrycznego wymagają kontrolowania, tak aby w całkowicie zmontowanym silniku wirnik obracał się swobodnie bez styku ze stojanem. Korzystne jest, jeśli szczelina powietrzna między stojanem a magnesami na wirniku jest niewielka, co sprzyja przepływowi strumienia magnetycznego między wirnikiem a stojanem, i umożliwia jednocześnie obracanie się wirnika. Na wielkość szczeliny powietrznej mogą mieć wpływ tolerancje wymiarowe niektórych części składowych. Tolerancje tych części sumują się, i rozmiar szczeliny powietrznej może być większy od potrzebnego do zapewnienia swobody obracania się wirnika we wszystkich montowanych silnikach. Liczba części składowych, które oddziałują na szczelinę powietrzną może się zmieniać, zależnie od konfiguracji silnika.

Znane silniki zwykle są programowane do pracy w pewnych trybach pracy, potrzebnych użytkownikowi silnika. Na przykład niektóre parametry operacyjne mogą być programowane na obwodzie drukowanym, jak prędkość silnika, opóźnienie przed uruchomieniem silnika i inne. Silniki produkowane masowo przed montażem ostatecznym są zwykle zaprogramowane w taki sam sposób, i nie nadają się do przeprogramowania po montażu. Natomiast użytkownicy końcowi silnika niekiedy mają różne wymagania w odniesieniu do eksploatacji silnika.

Ponadto, mogą się zmieniać pożądane przez użytkownika końcowego parametry silnika. Z tego powodu, dla sprostania wymaganiom wielu aplikacji, w magazynach przechowywane są duże zapasy silników, lub przynajmniej programujących płytek z obwodami drukowanymi.

Silniki elektryczne mają bardzo wiele zastosowań, włącznie z tymi, które wymagają, aby silnik pracował w obecności wody. Woda oddziałuje szkodliwie na pracę i trwałość silnika, i ważne jest zapewnienie, aby stojan i obwody sterujące nie gromadziły wody. Znane jest wykonywanie stojana i innych części podzespołów jako wodoszczelnych. Jednakowoż, w przypadku silników produkowanych masowo nadrzędna jest sprawa sprowadzenia do minimum kosztu zabezpieczenia przed przenikaniem i akumulowaniem wody w silniku. Dodatkowym względem branym pod uwagę jest powstawanie oblodzenia silnika, kiedy silnik jest wykorzystywany w dziedzinie chłodnictwa. Nierzadko, w wyniku powstawania lodu na łączówkach wsuniętych w płytkę z obwodem drukowanym, silnik zostaje odłączony od swojego źródła zasilania lub ulega uszkodzeniu. Lód, który powstaje między płytką z obwodami a miejscem przy złączu wtykowym może odepchnąć łączówkę od płytki z obwodami, powodując rozłączenie, lub złamanie płytki lub łączówkę.

Z opisów patentowych DE 4315404, US 5861689 i US 5770902 znany jest silnik elektryczny, zawierający stojan z rdzeniem i uzwojeniem umieszczonym na rdzeniu stojana oraz wirnik, mający wał osadzony wewnątrz rdzenia stojana i obrotowo względem stojana wokół wzdłużnej osi wału. Ze stojanem i wirnikiem jest połączona obudowa podtrzymująca stojan i wirnik. Ponadto silnik zawiera płytkę z obwodem drukowanym do sterowania działaniem silnika, przy czym płytka z obwodem drukowanym ma zainstalowany na niej styk mocy elektrycznej dla uzwojenia.

Silnik elektryczny, według wynalazku, zawierający stojan z rdzeniem i uzwojeniem umieszczonym na rdzeniu stojana oraz wirnik, mający wał osadzony wewnątrz rdzenia stojana i obrotowo względem stojana wokół wzdłużnej osi wału, przy czym ze stojanem i wirnikiem jest połączona obudowa podtrzymująca stojan i wirnik, a ponadto silnik zawiera płytkę z obwodem drukowanym do sterowania

PL 197 237 B1 działaniem silnika, przy czym płytka z obwodem drukowanym ma zainstalowany na niej styk mocy elektrycznej dla uzwojenia, charakteryzuje się tym, że obudowa jest ukształtowana z gniazdem wtykowym dla wtyku doprowadzania zewnętrznego źródła mocy elektrycznej, przy czym w położeniu połączenia wtyku ze stykiem zasilającym są one umieszczone w obudowie, która zawiera element pozycjonujący wtyku do naprowadzania wtyku na płytkę z obwodem drukowanym, przy czym styk zasilający w położeniu połączenia z wtykiem jest tylko częściowo umieszczony we wnętrzu wtyku.

Gniazdo wtykowe zaopatrzone jest w ukształtowane w nim występy dystansowe dla płytki z obwodem drukowanym.

Obudowa ma okno, które w położeniu usytuowania płytki z obwodem drukowanym w obudowie jest umieszczone na wprost styków uformowanych na płytce z obwodem drukowanym, przy czym wymiar i kształt okna jest dopasowany do wymiaru i kształtu sondy połączonej z mikroprocesorem, zaś sonda jest usytuowana w styku ze stykami do programowania silnika usytuowanymi wewnątrz obudowy, przy czym okno jest ukształtowane do wprowadzania sondy tylko w jednej orientacji.

W oknie jest usytuowany zamykający go ogranicznik, który jest ruchomo osadzony w oknie.

Korzystnym jest gdy płytka z obwodem drukowanym jest połączona elektryczne z uzwojeniem i jest wolna od połączeń ze stojanem, przy czym płytka z obwodem drukowanym jest zamocowana do obudowy na wcisk.

Obudowa ma ukształtowane wewnętrzne żebra do zaczepiania o obwodowe krawędzie płytki z obwodem drukowanym i na pasowany wcisk.

Korzystnym jest gdy obudowa zawiera zespół progów, zaś stojan ma ukształtowany zestaw odgałęzień wystających z niego na zewnątrz, przy czym każde odgałęzienie jest sprężyste i ma ukształtowany na końcu zaczep, przy czym zaczep każdego odgałęzienia jest usytuowany w otworze ukształtowanym w obudowie, gdy stojan jest w położeniu zatrzaśnięcia zamontowanego na stojanie wirnika z obudową.

Obudowa zawiera czaszę, w której jest umieszczona część stojana, przy czym czasza jest zaopatrzona w otwory rozmieszczone do zapewnienia dostępu do swobodnych końców odgałęzień znajdujących się wewnątrz obudowy.

Każdy otwór obudowy ma promieniowo zewnętrzną krawędź i promieniowo wewnętrzną krawędź, usytuowane w płaszczyźnie ułożonej pod kątem co najmniej 45° z osią podłużną wału wirnika.

Stojan ma rdzeń i uzwojenie, które są usytuowane całkowicie w materiale termoplastycznym, przy czym rdzeń i uzwojenia stojana zamknięte są przez odgałęzienia stojana ukształtowane jednoczęściowo z materiału termoplastycznego.

Stojan dodatkowo zawiera wydatne nabiegunniki i centralny element pozycjonujący, przy czym centralny element pozycjonujący jest usytuowany w centralnym otworze rdzenia stojana i zazębia się z promieniowo wewnętrznymi krawędziami nabiegunników, zaś nabiegunniki są usytuowane promieniowo.

Rdzeń stojana zaopatrzony jest w żebra odstające promieniowo do wewnątrz centralnego otworu rdzenia stojana i zazębiające się z nabiegunnikami, przy czym w położeniu połączenia nabiegunników i centralnego elementu pozycjonującego z rdzeniem stojana, co najmniej jedno żebro ma zmniejszoną grubość.

W centralnym otworze rdzenia stojana jest umieszczone łożysko wału wirnika, przy czym wokół łożyska jest uformowany centralny element pozycjonujący.

Stojan zawiera zespół zamocowanych na rdzeniu stojana wydatnych nabiegunników, przy czym każdy nabiegunnik ma kształt zbliżony do litery U i ma odgałęzienie wewnętrzne umieszczone w centralnym otworze rdzenia stojana oraz odgałęzienie zewnętrzne wystające osiowo od rdzenia stojana w miejscu usytuowanym na zewnątrz centralnego otworu rdzenia stojana, przy czym promieniowo na zewnątrz skierowana powierzchnia odgałęzienia zewnętrznego ma otwarte promieniowo na zewnątrz nacięcie.

Styk zasilający jest usytuowany na płytce z obwodem drukowanym.

Zaletą silnika według wynalazku, jest to, ma on niewielką liczbę części składowych, nie ma elementów złącznych do mocowania jego części składowych. Jest on montowany precyzyjnie w produkcji masowej, zaś występująca możliwość przejmowania tolerancji, umożliwia minimalizację efektu sumowania się tolerancji. Może on być ponownie programowany po montażu końcowym, a przede wszystkim zapewniona jest możliwość realizacji silnika, który jest zabezpieczony przed wnikaniem do niego wody. Jest on zabezpieczony przed uszkodzeniem i wadliwym działaniu podczas pracy w niskiej temperaturze.

PL 197 237 B1

Poza tym, należy podkreślić, że istnieje możliwość montażu takiego silnika bez wielu etapów jego montowania i przy małym nakładzie pracy.

Przedmiot wynalazku jest opisany w przykładzie wykonania na podstawie rysunku na którym, fig. 1 przedstawia w rozłożeniu, w rzucie pionowym, silnik elektryczne w postaci dmuchawy, fig. 2 - w rozłożeniu, w rzucie perspektywicznym, części składowe stojana silnika, fig. 3 ilustruje zmontowany silnik w przekroju pionowym, fig. 4 przedstawia stojan i płytkę z obwodem drukowanym wysuniętą z jej położenia zainstalowania na stojanie, fig. 5 - tarczę wzmacniającą w powiększonym w widoku od strony prawej fig. 1, fig. 6 przedstawia w rzucie poziomym centralny element naprowadzający i łożysko wału wirnika, fig. 7 przedstawia ten element w widoku od prawej strony fig. 6, fig. 8 przedstawia element naprowadzający i łożysko wału wirnika w przekroju podłużnym, fig. 9 jest widokiem czołowym rdzenia stojana z centralnym elementem naprowadzającym i nabiegunnikami ustawionymi przez element naprowadzający przedstawiony w zarysie linią przerywaną, fig. 10 przedstawia rdzeń stojana w widoku czołowym ze strony przeciwnej, fig. 11 przedstawia przekrój w płaszczyźnie przechodzącej przez linię 11-11 z fig. 10, fig. 12 przedstawia znacznie powiększony widok częściowy silnika w miejscu połączenia piasty wirnika ze stojanem, fig. 13 jest przekrojem w płaszczyźnie przechodzącej przez linię 13-13 z fig. 5, z ukazaniem obrysu płytki z obwodem drukowanym, i z przedstawieniem połączenia sondy z płytką obwodu drukowanego, znajdującej się w tarczy wzmacniającej z ogranicznikiem, fig. 14 przedstawia w przekroju wzdłuż linii 14-14 z fig. 5, płytkę z obwodem drukowanym w obrysie, i z przedstawieniem wtyku dołączenia zasilania w stanie wysunięcia z gniazda wtykowego tarczy wzmacniającej, fig. 15 przedstawia silnik w powiększonym widoku częściowym, stanowiącym przedstawienie zatrzaskowego połączenia podzespołu stojan/wirnik z tarczą wzmacniającą, fig. 16 przedstawia schemat blokowy sterujący mikroprocesorowo silnik jednofazowy według niniejszego wynalazku, fig. 17 przedstawia w postaci schematu zasilacz silnika według niniejszego wynalazku z fig. 16. W odróżnieniu od tego, obwód zasilania może być zmodyfikowany dla dostosowania w przypadku wejścia DC lub w przypadku niepodwajającego wejścia AC, fig. 18 - w postaci schematu kasowanie niskonapięciowe dla mikroprocesora silnika z fig. 16 według wynalazku, fig. 19 - w postaci schematu ideowego czujnik Halla silnika z fig. 16, fig. 20 przedstawia schemat mikrokontrolera silnika z fig. 16, fig. 21 przedstawia w postaci schematu ideowego czujnik Halla silnika z fig. 16, fig. 22 stanowi schemat z mostkowym, typu H, układem kluczy do komutacji stojana silnika z fig. 16 według niniejszego wynalazku, fig. 23 przedstawia sieć działań ilustrującą działanie mikroprocesora silnika niniejszego wynalazku w trybie, w którym silnik jest komutowany przy stałej strumieniu przepływu powietrza, przy sile i momencie, określonych przez tablice, które wykluczają punkty rezonansu, fig. 24 przedstawia sieć działań ilustrującą działanie mikroprocesora silnika niniejszego wynalazku w trybie, w którym silnik jest w trybie pracy (po starcie), w którym utrzymywany jest bezpieczny zakres obszar działania silnika przez zapewnieniu minimalnego czasu wyłączania, zależnie od szybkości wirnika, fig. 25 przedstawia wykres taktowania ilustrujący tryb rozruchowy, który zapewnia bezpieczne sterowanie obszaru roboczego (SOA) na podstawie prędkości, fig. 26 przedstawia sieć działań jednego z korzystnych ukształtowań wynalazku z fig. 25, ilustrującą tryb rozruchowy, który zapewnia bezpieczny obszar operacyjny (SOA) na podstawie prędkości, fig. 27 przedstawia wykres taktowania ilustrujący tryb rozbiegowy, który zapewnia bezpieczne sterowanie obszaru roboczego (SOA), na podstawie prędkości, fig. 28 przedstawia sieć działań ilustrującą działanie mikroprocesora silnika według niniejszego wynalazku w trybie roboczym, rozpoczynającym się po upływie zadanej liczby komutacji w trybie rozruchowym, przy czym w trybie roboczym mikroprocesor komutuje przełączniki co N komutacji, ze stałym okresem komutacji, i w którym okres komutacji jest regulowany co M komutacji, w funkcji prędkości, momentu lub stałego strumienia powietrza przepływającego przez wirnik.

Zastosowane odnośniki cyfrowe wskazują odpowiadające sobie części na kilku widokach rysunku.

Na załączonych rysunkach, a zwłaszcza na fig. 1 i 3, silnik elektryczny 20 skonstruowany zgodnie z zasadami niniejszego wynalazku zawiera stojan 22, wirnik 24 i obudowę 26 (odnośniki oznaczają te obiekty ogólnie). W przedstawionej odmianie wykonania silnik 10 jest typu, w którym magnes wirnika znajduje się na zewnątrz stojana, i jest przedstawiony w postaci dmuchawy. Odpowiednio do tego, wirnik 24 ma piastę 28 z łopatkami 30 ukształtowanymi integralnie z nią i wystającymi promieniowo z piasty. Piasta 28 i łopatki dmuchawy 30 są kształtowane jednoczęściowo z materiału polimerowego. Piasta jest na jednym końcu otwarta i tworzy wnękę, w której zainstalowany jest wał 32 wirnika, współosiowo z piastą (fig. 3). Wał 32 jest przytwierdzony do piasty 28 za pośrednictwem wkładki 34, która jest ukształtowana przez odlewanie w piaście, wzdłuż osi wału, przy kształtowaniu piasty i łopatek 30 dmuchawy. Magnes wirnika 35 wysunięty z wirnika na fig. 1 zawiera materiał magnetyczny

PL 197 237 B1 i wypełnienie żelazem. Dla uproszczenia, magnes 35 wirnika przedstawiono na rysunkach jako jednolity. Żelazo wypełnia również wnękę piasty przy jej odlewaniu.

Stojan 22, który opisano bardziej szczegółowo poniżej, jest w zasadzie zamknięty w materiale termoplastycznym. Materiał oblewający również tworzy odgałęzienia 36 wystające osiowo ze stojana 22. Każde z odgałęzień 36 ma zaczep 38 ukształtowany na zewnętrznym końcu odgałęzienia. Płytka z obwodem drukowanym, oznaczona ogólnie odnośnikiem 40, w zmontowanym silniku 10 mieści się między odgałęzieniami 36, i zawiera zainstalowane na płytce części składowe 42, z których przynajmniej jedna jest programowana. Występ 44 wystający z płytki z obwodem drukowanym 40 stanowi zamocowanie elementu 46 Halla, który jest osadzany wewnątrz obudowy, kiedy płytka z obwodem drukowanym zostaje umieszczona między odgałęzieniami 36 stojana 22. W zmontowanym silniku 10, element 46 Halla znajduje się w bezpośrednim sąsiedztwie magnesu 35 wirnika. Stojan 22 zawiera również centralny element ustalający oznaczony ogólnie odnośnikiem 48, i łożysko 50, wokół którego ukształtowany przez odlewanie jest element ustalający. Łożysko 50 mieści wał 32 wirnika przechodzący przez stojan 22 mocujący wirnik 24 na stojanie tworząc podzespół. Wirnik 24 przytrzymywany jest na stojanie 22 spinaczem 52 przymocowanym do zewnętrznego końca wirnika po jego wstawieniu w stojan.

Obudowa 26 zawiera czaszę 54 połączoną trzema ramionami z pierścieniowym obrzeżem 58. Ramiona 56 i pierścieniowe obrzeże 58 w zmontowanym silniku 10 ogólnie tworzą tarczę wzmacniającą wokół łopatek 30 dmuchawy. Czasza 54, ramiona 56 i pierścieniowe obrzeże 58 w przedstawionej odmianie wykonania są ukształtowane w postaci jednego elementu, z materiału polimerowego. Czasza 54 jest w zasadzie zamknięta po lewej stronie (na fig. 11 i 3), lecz otwarta po stronie prawej, tak że może pomieścić część podzespołu stojan/wirnik. Pierścieniowe obrzeże 58 zaopatrzone jest w otwory 60 do pomieszczenia spinaczy przechodzących przez obrzeże, i mocujących silnik w pożądanym położeniu, jak na przykład w komorze chłodniczej (nie przedstawione). Wnętrze czaszy 54 jest ukształtowane z kanałami prowadzącymi 62 (fig. 5), które mieszczą odpowiednie ramiona 36. W każdym kanale prowadzącym 62, w pobliżu zamkniętego końca czaszy 54 jest ukształtowany próg 64, który sprzężony jest z zaczepem 38 na ramieniu, służącym do połączenia ramienia z czaszą (patrz fig. 3 i 16). Średnica czaszy 54 zmniejsza się począwszy od otwartego do zamkniętego końca czaszy, tak że w zmontowanym silniku 10 odgałęzienia 36 są odginane sprężyście promieniowo do wewnątrz od ich położenia swobodnego, utrzymując zaczepy 38 na progach 64. Niewielkie otwory 66 na zamkniętym końcu czaszy 54 (fig. 5) umożliwiają wprowadzenie odpowiedniego narzędzia (nie przedstawione) do wnętrza czaszy w celu podważenia i odchylenia odgałęzień 36 na zewnątrz progów 64 dla zwolnienia połączenia podzespołu stojan/wirnik od czaszy. Tak więc możliwe jest nieniszczące zdemontowanie silnika 10 w celu jego naprawy lub zmiany konfiguracji (na przykład przy wymianie płytki 40 z obwodem drukowanym). Silnik może być złożony na powrót przez po prostu ponowne wprowadzenie odgałęzień 36 do czaszy 54 aż do ich zatrzaskowego połączenia.

Jednym z zastosowań, do których silnik 10 według przedstawionego konkretnego wykonania jest szczególnie dostosowany, jest dmuchawa parownika w komorze chłodniczej. W tym środowisku silnik jest wystawiony na działanie wody. Na przykład, komora może być oczyszczana przez wtryskiwanie do niej wody. Występuje tendencja do natryskiwania wody na silnik 10 od zewnątrz i od strony prawej, według ustawienia przedstawionego na fig. 3, i potencjalnie woda może wniknąć do silnika wszędzie, gdzie w konstrukcji silnika występuje jakikolwiek otwór lub złącze. Zamknięcie stojana 22 zapewnia ochronę, lecz pożądane jest ograniczenie ilości wody przenikającej do silnika. Jednym z możliwych takich miejsc wnikania jest złącze między piastą 28 wirnika a stojanem 22. Na fig. 22 to złącze przedstawiono w postaci częściowego widoku. Materiał termoplastyczny oblewający stojan ukształtowany na tym złączu tworzy krętą ścieżkę 68. Ponadto, ukształtowany jest fartuch 70, który odchodzi promieniowo na zewnątrz od stojana. Zewnętrzna krawędź 72 fartucha 70 jest skośna, tak że woda dochodząca z prawej strony jest odchylania na zewnątrz złącza.

Otwory 66, które umożliwiają zwolnienie połączenia podzespołu stojan/wirnik są potencjalnie podatne na przenikanie wody do wewnątrz czaszy, gdzie może ona zakłócać pracę płytki z obwodami. Płytka z obwodem drukowanym 40, włącznie z częściami składowymi 42, jest zamknięta przez zatopienie w celu zabezpieczenia przed wilgocią. Jednakowoż mimo to jest niepożądane wnikanie znacznych ilości wody do wnętrza czaszy. Odpowiednio do tego, otwory 66 są skonfigurowane odpowiednio do uniemożliwienia przenikania wody. Na fig. 15, w znacznie powiększonym widoku jednego z otworów 66 przedstawiono zewnętrzną, licząc wzdłuż promienia, krawędź 66a i krawędź promieniowo wewnętrzną 66b. Te krawędzie leżą w płaszczyźnie P1, która tworzy kąt przynajmniej około 45°

PL 197 237 B1 z płaszczyzną P2 w zasadzie równoległą do osi podłużnej wału wirnika. Zakłada się, że woda jest rozpryskiwana na silnik pod kątem nie większym, niż 45°. Tak więc widać, że woda nie może wnikać po prostej drodze do otworu 66, i kiedy wędruje po torze tworzącym kąt 45° lub mniejszy, albo trafia na bok czasy 54, albo przechodzi ponad otworem, lecz nie przedostaje się do otworu.

Czasza 54 obudowy 26 również jest skonstruowana tak, ze zapobiega usterkom silnika, które mogłyby być spowodowane powstawaniem lodu wewnątrz czaszy przy stosowaniu silnika w środowisku chłodniczym. Mówiąc dokładniej, płytka z obwodem drukowanym 40 ma zainstalowane na niej styki zasilające 74 odchodzące na zewnątrz od płytki z obwodem (fig. 4). Styki te są współliniowe z wewnętrznym końcem gniazda wtykowego 76, które jest ukształtowane w czaszy 54. Jak to pokazano na fig. 14, gniazdo 76 mieści wtyk 78 dołączony do znajdującego się poza silnikiem elektrycznego źródła zasilającego. Zewnętrzne organy sterujące (nie pokazane) również dołączane są do płytki z obwodem drukowanym przez wtyk 78. Gniazdo 76 i wtyk 78 mają odpowiadające sobie nawzajem, prostokątne, przekroje, tak, że po wprowadzeniu wtyku w zasadzie zamyka on gniazdo wtykowe.

Przy całkowitym wprowadzeniu wtyku 78 do gniazda wtykowego 76, styki zasilające 74 na płytce z obwodem drukowanym 40 wchodzą we wtyk, ale tylko częściowo. Gniazdo wtykowe 76 jest ukształtowane z występem dystansowym 80 (w pobliżu jego końca wewnętrznego), które opierają się o wtyk 78 i ograniczają głębokość wprowadzenia wtyku do gniazda. W wyniku tego, wtyk 78 znajduje się w pewnej odległości od płytki z obwodem drukowanym 40, nawet kiedy jest wsunięty do końca do gniazda wtykowego 76. W korzystnej odmianie wykonania, odstęp ten wynosi około 5 mm (0,2 cala). Jednakowoż uważa się, że zadowalające wyniki osiągnąć można z odległością około 1,25 mm (0,05 cala). Mimo częściowego wchodzenia styków zasilających we wtyk 78, dokonuje się połączenie elektryczne. W przypadku odsłoniętych części styków zasilających 74, które wykonane są z metalu, występuje tendencja do powstawania lodu podczas eksploatacji silnika 10 w pewnych środowiskach chłodniczych. Jednakowoż, ponieważ wtyk 78 i płytka z obwodem drukowanym 40 znajdują się w pewnej odległości od siebie, to powstawanie lodu nie powoduje nacisku między wtykiem a płytką z obwodem drukowanym, który mógłby odepchnąć wtyk od płytki z obwodem drukowanym, powodując rozłączenie elektryczne. Lód może i będzie tworzył się na odsłoniętych stykach zasilających 74, lecz nie spowoduje rozłączenia, lub uszkodzenia płytki 40 z obwodem drukowanym ani wtyku 78.

Jak to pokazano na fig. 13, płytka z obwodem drukowanym 40 ma również oddzielny zestaw styków 82 wykorzystywanych do programowania silnika 10. Te styki 82 są równolegle do osi cylindrycznego okna 84 ukształtowanego w czaszy 54, które normalnie jest zamknięte wyjmowaną ogranicznik 86 wchodzącą do wewnątrz okna. Po wyjęciu ogranicznika 86 w okno można wsunąć sondę 88 łączącą się ze stykami 82 płytki z obwodem drukowanym 40. Sonda 88 jest połączona z mikroprocesorem lub podobnym urządzeniem (nie pokazane) do realizacji operacji programowania, lub, co ważniejsze, przeprogramowywania silnika po jego całkowitym zmontowaniu. Na przykład można zmieniać prędkość silnika, lub opóźnienie przed uruchomieniem. Innym przykładem w kontekście chłodnictwa jest taki, ze silnik może być przeprogramowywany w celu pracy w innych warunkach wejściowych, jak na przykład wtedy, kiedy realizowane jest zadanie rozmrażania. Obecność okna 84 i wyjmowanego ogranicznika 86 umożliwia przeprogramowywanie silnika długo po montażu finalnym silnika i po zainstalowaniu tego silnika w danej aplikacji.

Okno 84 jest zaopatrzone w klucz kształtowy, tak że sonda w okno może być wprowadzona tylko w jeden sposób. Jak to pokazano na fig. 5, klucz ma postać wcięcia 90 na powierzchni bocznej okna 84. Sonda ma odpowiedni grzbiet mieszczący się we wcięciu, kiedy sonda jest poprawnie ustawiona względem wcięcia. Dzięki temu, nie ma niebezpieczeństwa niewłaściwego dołączenia sondy 88 do styków programujących. Jeżeli sonda 88 nie jest ustawiona poprawnie, to nie da się wsunąć w okno 84.

Jak to pokazano na fig. 2, w skład stojana wchodzi rdzeń stojana (czyli cewka), ogólnie oznaczony odnośnikiem 92, wykonany z materiału polimerowego, z uzwojeniem 94 nawiniętym wokół rdzenia. Wyprowadzenia uzwojenia zakończone są kołkami zaciskowymi 98 umieszczonymi w kieszeni zaciskowej 96 wykonanej jednoczęściowo z rdzeniem 92 stojana. Kołki zaciskowe 98 są przymocowane w odpowiedni sposób, na przykład przez lutowanie do płytki z obwodem drukowanym 40. Jednakowoż jest oczywiste, ze bez odchodzenia od istoty wynalazku można w inny sposób zrealizować połączenie elektryczne. Jest do pomyślenia zastosowanie połączenia wtykowego (nie przedstawione), tak aby lutowanie nie było konieczne.

Materiał ferromagnetyczny służący do przewodzenia strumienia magnetycznego w stojanie 22 jest zaopatrzony w osiem wydatnych nabiegunników, oznaczonych odnośnikiem 100. Każdy nabiegunnik ma

PL 197 237 B1 w przybliżeniu kształt litery U i ma promieniowo wewnętrzną odnogę 100c. Korzystne jest, jeżeli każdy z nabiegunników 100 jest kształtowany prze wykrawanie na prasie stosunkowo cienkich blach o kształcie litery U z wstęgi stalowej i pakietowanie blach w stos stanowiący nabiegunnik 100. Blachy są łączone wzajemne w dogodny sposób, na przykład przez zgrzewanie lub spinanie mechaniczne. Jedna z kształtek (o długim promieniowo odgałęzieniu zewnętrznym) stanowi część środkową nabiegunnika 100 a druga stanowi części boczne. Należy zauważyć, że jeden nabiegunnik (oznaczony jako 100' na fig. 2) nie ma jednej części bocznej. Jest to celowe pozostawienie przestrzeni do wprowadzenia elementu Halla 46, opisanego poniżej. Nabiegunniki 100 są instalowane na odpowiednich końcach rdzenia 22 stojana, tak żeby promieniowo wewnętrzne odgałęzienie 100a każdego nabiegunnika mieściło się w otworze centralnym 102 rdzenia stojana, a promieniowo zewnętrzne odgałęzienie 100b biegnie osiowo wzdłuż zewnętrznej strony rdzenia stojana przez część uzwojenia. Środkowa część promieniowo zewnętrznej strony promieniowo zewnętrznego odgałęzienia 100b, które znajduje się najbliżej magnesu 35 wirnika w zmontowanym silniku, jest ukształtowana z nacięciem 100d. Nacięcie 100d pod względem magnetycznym ułatwia wymuszone ustawienie magnesu 35 wirnika względem nabiegunników 100 przy zatrzymaniu silnika. Nabiegunniki mogą również być, bez wychodzenia poza istotę wynalazku, odlewane z materiału magnetycznego. W niektórych aplikacjach małej mocy, pojedyncze nabiegunniki mogą być wykrawane z metalu (nie pokazane), lecz z wieloma (na przykład czterema) odgałęzieniami przechodzącymi osiowo przez uzwojenie, tak że stanowią nabiegunnik zagięty do dołu.

Nabiegunniki 100 są przytrzymywane i pozycjonowane przez rdzeń 92 stojana i centralny element pozycjonujący, ogólnie oznaczony odnośnikiem 104. Wewnętrzne promieniowo odgałęzienia 100a nabiegunników są umieszczone między centralnym elementem pozycjonującym 104 a wewnętrzną średnicą rdzenia 92 stojana w centralnym otworze 102 rdzenia stojana. Środkowe części odgałęzień 100a wewnętrznych są ukształtowane z takich samych blach jak te, z których wykonane są części środkowe odgałęzień zewnętrznych 100b i są szersze od części bocznych odgałęzień wewnętrznych. Wewnętrzna promieniowo krawędź środkowej części odgałęzienia 100a wewnętrznego każdego nabiegunnika znajduje się wewnątrz odpowiedniego gniazda 104a ukształtowanego w elemencie pozycjonującym 104 służącego do uchwycenia środkowej części nabiegunnika. Gniazda 104a są rozmieszczone tak, że pozycjonują nabiegunniki 100 niesymetrycznie wokół elementu pozycjonującego 104. Żadna z płaszczyzn przechodzących przez oś podłużną elementu pozycjonującego 104 i przechodzących prostopadle przez gniazdo 104a, nie przechodzi przez gniazdo, ani pozycjonowany przez gniazdo nabiegunnik 100. W wyniku tego szczelina między promieniowo zewnętrznymi odgałęzieniami 100b a magnesem trwałym 35 wirnika 24 jest asymetryczna, co ułatwia rozruch silnika.

Promieniowo zewnętrzna krawędź wewnętrznego odgałęzienia 100a zazębiona jest z żebrami na wewnętrznej średnicy rdzenia stojana, centralnie względem otworu 102. Konfiguracja żeber 106 jest najlepiej widoczna na fig. 9-11. Każdy nabiegunnik 100 zaopatrzony jest w dwa takie żebra (106a, 106b, itd.). Różne ustawienia kątowe żeber 106 stanowią odzwierciedlenie przesunięcia nabiegunników 100. Nabiegunniki i centralny element pozycjonujący 104 przedstawiono na fig. 9 w obrysie, dla przedstawienia sposobu, w jaki każda para przyporządkowana jest do konkretnego nabiegunnika na jednym końcu rdzenia stojana. W szczególności utworzone dla pozycjonowania niezrównoważonego nabiegunnika 100', jedno z żeber 106d' jest sprzęgane z bokiem wewnętrznego odgałęzienia 100a zamiast z jego promieniowo zewnętrzną krawędzią. Inne z żeber, przyporządkowane do niezrównoważonego nabiegunnika ma mniejszą grubość promieniową, ponieważ zaczepia o promieniowo zewnętrzną krawędź szerszej części środkowej odgałęzienia wewnętrznego 100a'.

Położenie promieniowe każdego nabiegunnika ustala centralny element pozycjonujący 104. Jak to poniżej opisano dokładniej, część początkowej grubości promieniowej żeber 106 może być odcięta przy odgałęzieniu 100a wewnętrznym podczas montażu, dla skompensowania tolerancji rdzenia 92 stojana, nabiegunnika 100 i centralnego elementu pozycjonującego 104. Promieniowo wewnętrzna krawędź każdego odgałęzienia zewnętrznego 100b jest umieszczona w wycięciu 108 ukształtowanego na obwodzie rdzenia 92 stojana. Na fig. 6-8 centralny element pozycjonujący 104 ma przeciwległe odcinki końcowe o w zasadzie tym samym kształcie, lecz są one przesunięte kątowo o 45° wokół osi podłużnej centralnego elementu pozycjonującego (patrz w szczególności fig. 7). To przesunięcie zapewnia odpowiednie przesunięcie każdego z czterech nabiegunników 100 na każdym końcu rdzenia 92 stojana, w celu osadzenia na rdzeniu stojana, bez zaczepiania o jeden z nabiegunników na przeciwległym końcu. Jest oczywiste, że przesunięcie kątowe jest określone liczbą nabiegunników 100 (to znaczy wartością 360° podzieloną przez liczbę nabiegunników), i może się różnić, kiedy

PL 197 237 B1 stosuje się różną liczbę nabiegunników. Kształt centralnego elementu pozycjonującego 104 może być odpowiednio zmieniony dla dostosowania do różnej liczby nabiegunników 100. Jak to pokazano na fig. 8, centralny element pozycjonujący 104 jest ukształtowany przez odlewanie wokół metalowego łożyska 110 wału wirnika, który zapewnia samo smarowanie w całym okresie trwałości silnika 10. Rdzeń 92 stojana, uzwojenie 94, nabiegunniki 100, centralny element pozycjonujący 104 i łożysko 110 są razem zamknięte w materiale termoplastycznym z utworzeniem stojana 22. Końce łożyska 110 wału wirnika nie są pokryte materiałem okrywającym, tak że wał 32 wirnika może wejść w łożysko przy montażu wirnika 24 na stojanie 22 (patrz fig. 3).

Po opisaniu konstrukcji silnika elektrycznego 10 poniżej opisano korzystny sposób jego składania. Dokładna kolejność składania tych części nie jest krytyczna, i jest oczywiste, że niektóre lub wszystkie części mogą być wykonywane w odległych miejscach, i dostarczane do miejsca ostatecznego montażu. Wirnik 24 jest kształtowany przez umieszczenie w formie magnesu 35 z wałem 32, z wkładką 34 na jednym końcu. Piasta 28 i łopaty dmuchawy są kształtowane w formie magnesu 35 i wału wirnika 32, tak że zamocowane zostają na piaście trwale. Obudowę 26 również kształtuje się przez odlewanie wtryskowe czaszy 54, szprych 56 i pierścieniowego obrzeża 58 jako jednej całości. Czasza 54 jest kształtowana z żebrami 112 od wewnątrz (fig. 5), które są wykorzystywane do zamocowania płytki z obwodem drukowanym 40, co opisano poniżej. Płytka z obwodem drukowanym 40 kształtowana jest w sposób konwencjonalny przez połączenie elementów 42 na płytce z obwodem drukowanym 40. W korzystnej odmianie wykonania styki programujące 82 i styki zasilające 74 zamiast lutowania są wstrzeliwane w płytkę z obwodem drukowanym 40 (fig. 4). Element Halla 46 jest instalowany na palcu 44 odchodzącym od płytki i połączony jest elektrycznie z elementami 42 na płytce.

Stojan 22 zawiera kilka części składowych, które są kształtowane przez zalewaniem w formie łożyska 110, które jest wykonane z brązu. Końce łożyska 110 wystają z elementu pozycjonującego 104. Łożysko 110 jest następnie nasycane środkiem smarnym w ilości wystarczającej na cały okres trwałości silnika 10. Rdzeń 92 stojana (lub cewka) jest odlewany i nawijane jest na nim uzwojenie 94 magnesu zakończone zaciskami. Nabiegunniki 100 są kształtowane przez wykrawanie w prasie wielu cienkich, w kształcie w przybliżeniu litery U blach ze stalowej wstęgi. Blachy są wykonywane, korzystnie, w dwóch różnych kształtach, co opisano powyżej. Blachy są składane w stos i zgrzewane z utworzeniem nabiegunnika 100 w kształcie litery U, przy czym blachy mają długie odnogi zewnętrzne stanowiące środkowe części nabiegunników. Jeden nabiegunnik 100' jest ukształtowany bez jednej części bocznej, z pozostawieniem miejsca dla elementu Halla 46.

Części składowe stojana 22 są składane w uchwycie zaciskowym (nie przedstawiony). Najpierw w uchwyt wkładane są cztery nabiegunniki 100, które będą montowane na jednym końcu rdzenia 92 stojana, w położeniach o 90° przesuniętych wokół osi, która ma być osią obrotu wału 32 wirnika. Nabiegunniki 100 są rozmieszczone tak, że są otwarte od góry. Centralny element pozycjonujący 104 i łożysko 110 są umieszczane w uchwycie w żądanym kierunku i przechodzą przez centralny otwór 102 rdzenia 92 stojana. Promieniowo wewnętrzne krawędzie środkowych części odgałęzień wewnętrznych 100a nabiegunników są umieszczone w odpowiednich gniazdach 104a uformowanych na jednym końcu centralnego elementu pozycjonującego 104. Rdzeń 92 stojana zaopatrzony w uzwojenie wkładany jest do uchwytu w zasadzie na wierzchu nabiegunników umieszczonym uprzednio w uchwycie. Na rdzeniu 92 stojana układa się następne cztery nabiegunniki 100, lecz w tych samych położeniach kątowych względem rdzenia stojana, które zajmą po zakończeniu montażu. Nabiegunniki 100 powyżej rdzenia stojana są otwarte w dół i są rozmieszczone w położeniach, które są przesunięte o 45° względem położeń nabiegunników znajdujących się na dnie uchwytu.

Uchwyt dociskowy zostaje zamknięty i uaktywniony, napychając nabiegunniki 100 na rdzeń 92 stojana. Promieniowo wewnętrzne krawędzie wewnętrznych odgałęzień 100a nabiegunników 100 sprzęgają się kształtowo z odpowiednimi ich gniazdami 104a centralnego elementu pozycjonującego. Gniazdo 104a ustala położenie promieniowe nabiegunnika 100, z którym jest sprzężone. Wewnętrzne odgałęzienia 100a nabiegunników 100 wchodzą w otwór centralny 102 rdzenia 92 stojana i zazębiają się z żebrami 106 na rdzeniu stojana wchodzącymi w otwór centralny. Zmiany wymiarów promieniowych względem danych projektowych w centralnym elemencie pozycjonującym 104, nabiegunnikach 100 i rdzeniu 92 stojana, spowodowane tolerancjami produkcyjnymi są kompensowane w odgałęzieniach wewnętrznych 100a przez wycięcie pewnej ilości materiału żeber współpracujących z nabiegunnikiem. Działanie ścinające występuje, kiedy nabiegunniki są wprowadzane na rdzeń 92 stojana. Tak więc, przy pozycjonowaniu promieniowym nabiegunników zostają wyeliminowane całkowicie niedokładności wykonania rdzenia 92 stojana. Promieniowe rozmieszczenie nabiegunników 100

PL 197 237 B1 musi być ściśle kontrolowane dla otrzymania możliwie małej szczeliny powietrznej między nabiegunnikami a magnesem 35 wirnika bez kolizji mechanicznej stojana 22 i wirnika 24.

Zmontowany rdzeń 92 wirnika, nabiegunniki 100, centralny element pozycjonujący 104 i łożysko 110 zostają umieszczone w formie i zamknięte w zasadzie całkowicie w odpowiednim niepalnym tworzywie termoplastycznym. Końce łożyska 110 zostają pokryte w procesie kształtowania formowego, i pozostają wolne od materiału okrywającego. Kołki zaciskowe 98 zapewniające połączenie elektryczne z uzwojeniem 94 nie zostają zatem całkowicie pokryte materiałem okrywającym (patrz fig. 4). Fartuch 70 i odgałęzienia 36 są ukształtowane z tego samego materiału, który okrywa resztę stojana. Odgałęzienia 36 są, korzystnie, stosunkowo długie, stanowiąc w przybliżeniu jedną trzecią długości gotowego, stojana po okryciu. Ich długość pozwala na wykonanie odgałęzień 36 jako grubszych, dla wzmocnienia konstrukcji, przy równoczesnym zapewnieniu koniecznego sprężystego ugięcia potrzebnego do zatrzaskowego połączenia z obudową 26. Poza odgałęzieniami 36 i fartuchem 70, kształtowane są dwa pozycjonujące trzpienie 114, które wystają osiowo w tym samym kierunku, co odgałęzienia i wymagają, aby stojan 22 przy łączeniu był w konkretnym położeniu kątowym względem obudowy 26. Jeszcze później kształtowane są wsporniki płytki z obwodem drukowanym. Dwa z nich przybierają postać bloków 116, z jednego z których wystają kołki zaciskowe 98, a dwa inne są słupkami 118 (z których przedstawiono tylko jeden).

Zamknięty całkowicie stojan 22 zostaje następnie złożony z wirnikiem 24, z utworzeniem podzespołu stojan/wirnik. Na wał 32 wirnika nakładana jest podkładka oporowa 120 (fig. 3), zsuwana w dół do stałego końca wału wirnika w piaście 28. Podkładka oporowa 120 zawiera po jednej stronie materiał typu gumy mający właściwość amortyzowania drgań, z po drugiej stronie materiał o małym współczynniku tarcia ułatwiający ślizgowe sprzęgnięcie ze stojanem 22. Materiał o małym współczynniku tarcia podkładki 120 zwrócony jest osiowo na zewnątrz w stronę otwartego końca piasty 28. Stojan 22 następnie jest wpuszczany w piastę 28, przy czym wał 32 wirnika wchodzi w łożysko 110 na środku stojana. Jeden koniec łożyska 110 opiera się o stronę z małym tarciem podkładki oporowej 120, tak że piasta 28 może obracać się swobodnie względem łożyska. Na swobodnym końcu łożyska 110 umieszczona jest inna podkładka oporowa 122 i na końcu wału 32 wirnika jest ukształtowany zacisk E 52, tak że wał nie może przejść przez łożysko. Zatem, wirnik 24 jest zamocowany z zabezpieczeniem na stojanie 22.

Do podzespołu stojan/wirnik zamocowana jest płytka 40 z obwodem drukowanym. Montaż płytki z obwodem drukowanym 40 przedstawiono ma fig. 4, z tym wyjątkiem, że wirnik 24 został usunięty, dla przejrzystości przedstawienia. Płytka 40 z obwodem drukowanym wciśnięta jest między trzy odgałęzienia 36 stojana 22. Palec 44 płytki z obwodem drukowanym znajduje się w otworze 124 ukształtowanym w materiale okrywającym, tak że element Halla 46 na końcu palca umieszczony jest wewnątrz okrycia obok niezrównoważonego nabiegunnika 100', który został wykonany bez jednej części bocznej, z pozostawieniem miejsca na element Halla. Bok płytki z obwodem drukowanym 40 najbliższy stojana 22 współdziała z blokami 116 i słupkami 118, które utrzymują płytkę z obwodem drukowanym w zadanym położeniu w pewnym odstępie od stojana. Kołki zaciskowe 98 wystające ze stojana mieszczą się w dwóch otworach 126 w płytce z obwodem drukowanym 40. Kołki zaciskowe 98 są połączone elektrycznie z elementami płytki z obwodem drukowanym 40 w odpowiedni sposób, na przykład przez lutowanie. Połączenie kołków zaciskowych 98 z płytką z obwodem drukowanym 40 jest jedynym trwałym połączeniem między płytką z obwodem drukowanym a stojanem 22.

Podzespół stojan/wirnik i płytka z obwodem drukowanym 40 zostają następnie połączone z obudową 26 w celu zakończenia montażu silnika. Odgałęzienia 36 są równoległe do odpowiednich kanałów 62 w czaszy 54 (patrz fig. 5 i 14). Odgałęzienia 36 mogą wejść w czaszę 54 tylko w jednym położeniu ze względu na obecność trzpieni 114. Podzespół stojan/wirnik zostaje wciśnięty do wewnątrz czaszy 54. Swobodne końce odgałęzień 36 są wykonane jako skośne na końcach dla ułatwienia wprowadzenia odgałęzień do czaszy 54. Czasza zwęża się nieco w stronę zamkniętego końca, i odgałęzienia 36 odginają się promieniowo do wewnątrz od swojego kształtu spoczynkowego, przy wchodzeniu do czaszy, kiedy są wciskane dalej do jej wnętrza. Kiedy zaczep 38 na końcu każdego odgałęzienia dochodzi do progu 64 na wewnętrznym końcu kanału 62, odgałęzienie 36 zaskakuje promieniowo na zewnątrz, tak że zaczep zazębia się o próg. Odgałęzienie 36 jest stale odchylone od swojego położenia spoczynkowego, tak że naciskane jest promieniowo na zewnątrz utrzymując zaczep 38 na progu 64. Zazębienie zaczepu 38 z progiem zapobiega wyciągnięciu z czaszy podzespołu stojan/wirnik i płytki 40 z obwodem drukowanym. Silnik 10 jest już zmontowany całkowicie, bez stosowania żadnych łączników, przez zatrzaskowe połączenie konstrukcji.

PL 197 237 B1

Płytka 40 z obwodem drukowanym jest unieruchomiona przez pasowanie z wciskiem żeber 112 w czaszy 54. W miarę posuwania się podzespołu stojan/wirnik w głąb czaszy 54, obwodowe krawędzie płytki z obwodem drukowanym 40 zazębiają się z żebrami 112. Żebra są twardsze, niż materiał płytki z obwodem drukowanym, tak więc płytka z obwodem drukowanym zostaje częściowo odkształcona przez żebra 112 i powstaje pasowanie z wciskiem. Dzięki temu płytka z obwodem drukowanym 40 zostaje unieruchomiona bez stosowania żadnych łączników. Ustawienie kątowe płytki z obwodem drukowanym 40 jest ustalone przy jej połączeniu z kołkami zaciskowymi 98 ze stojana 22. Styki programujące 82 są zatem ustawione równolegle z osią okna 84, a styki zasilające są równoległe do gniazda wtykowego 75 w czaszy 54. Do pomyślenia jest również, aby płytka z obwodem drukowanym 40 była zamocowana na stojanie 22, bez pasowania wciskanego z czaszą 54. Na przykład, przez płytkę z obwodem drukowanym słupek (nie przedstawiony) ukształtowany na stojanie 22 i zawierający na sobie nakrętkę naciskającą na płytkę z obwodem drukowanym w celu trwałego zamocowania płytki z obwodem drukowanym na stojanie.

W korzystnej odmianie wykonania silnik 10 nie jest programowany ani testowany przez montażem końcowym silnika. Po zmontowaniu, następuje połączenie łącznika sprzężonego (nie pokazany, lecz w zasadzie jak sonda 88 i wtyk napięciowy 78) z płytką 44 z obwodem drukowanym przez okno gniazda wtykowego 76. Następnie odbywa się programowanie silnika, na przykład przez ustawienie prędkości i opóźnienia rozruchu, oraz sprawdzenie. Jeżeli stwierdzono, że płytka z obwodem drukowanym 40 jest wadliwa, to możliwy jest nieniszczący demontaż silnika i wymiana płytki z obwodem drukowanym bez wyrzucania innych części silnika. Może się to odbywać przez wkładanie narzędzia (nie pokazane) do otworów 66 na zamkniętym końcu czaszy 54 i podważenie zaczepów 38 z ich zdjęciem z progów 64. Jeżeli silnik przechodzi testy kontroli jakości, to w okno 84 zostaje wstawiona zatyczka 86 i silnik jest przygotowywany do wysyłki.

Możliwe jest, w przypadku silnika według niniejszego wynalazku, przeprogramowanie silnika 10 po dostarczeniu z miejsca składania silnika. Użytkownik finalny, na przykład producent szaf chłodniczych, może wyjąć zatyczkę 86 z okna 84 i przez okno dołączyć sondę 88 do styków programujących 82. Silnik można przeprogramować w razie potrzeby wprowadzenia zmian dokonanych przez użytkownika finalnego w danych eksploatacyjnych silnika.

Silnik 10 można zainstalować, na przykład w szafie chłodniczej, przez wprowadzenie łączników (nie pokazane) przez otwory 60 w pierścieniowym obrzeżu 58 do wnętrza czaszy. Zatem obudowa 26 jest w stanie utrzymywać cały silnik przez połączenie z pierścieniowym obrzeżem 58 z konstrukcją wsporczą. Silnik zostaje dołączony do źródła zasilania przez wprowadzenie wtyku 78 w gniazdo wtykowe 76 (fig. 14). Zaczepy 130 (przedstawiono tylko jeden) na odpowiednich bokach wtyku są wprowadzane w szczeliny na gnieździe 76. Przed zazębieniem płytki z obwodem drukowanym 40, wtyk 78 zazębia się z klapkami pozycjonującymi 80 w gnieździe wtykowym 76, tak że w jego położeniu całkowitego wsunięcia wtyk znajduje się w pewnym odstępie od płytki z obwodem drukowanym. W wyniku tego, styki zasilające 74 wchodzą w głąb wtyku 78 na głębokość dostateczną do zapewnienia połączenia elektrycznego, lecz nie mieszczą się całkowicie we wtyku. Zatem, jakkolwiek w środowisku chłodniczym może tworzyć się na stykach zasilających 74 lód, to nie będzie on odkładał się między wtykiem 78 a płytką z obwodem drukowanym 40 co powodowałoby rozłączenie i/lub uszkodzenie.

Figura 16 przedstawia schemat blokowy sterowanego mikroprocesorowo silnika jednofazowego 500 według niniejszego wynalazku. Silnik 500 zasilany jest przez źródło zasilające 501 prądu zmiennego. Silnik 500 zawiera stojan 502 z uzwojeniem jednofazowym. Moc prądu stałego ze źródła 501 dostarczana jest do układu komutacyjnego mocy za pośrednictwem obwodu zasilającego 503. Układ komutacyjny mocy może być dowolnym układem do komutacji stojana 502, na przykład mostkiem 504 typu H z przełącznikami mocy do selektywnego dołączania źródła zasilającego 501 prądu stałego do jednofazowego uzwojenia stojana 502. Wirnik 506 z magnesem trwałym oddziałuje magnetycznie ze stojanem i jest obracany przy komutowaniu uzwojenia i wytwarzanego przez nie pola magnetycznego. Korzystne jest, jeżeli silnik jest silnikiem o układzie odwróconym, w którym stojan znajduje się wewnątrz wirnika, i zewnętrzny wirnik obraca się wokół wewnętrznego stojana. Jednakowoż jest do pomyślenia również, aby wirnik był umieszczony wewnątrz zewnętrznego stojana.

Na stojanie umieszczony jest czujnik położenia, na przykład przetwornik 508 Halla służący do detekcji położenia wirnika 506 względem uzwojenia i do dostarczania sygnału pozycyjnego 506. Odnośnikiem 512 oznaczono ogólnie układ sterujący zawierający mikroprocesor 514 odpowiedzialny za odbiór i służący do odbioru sygnału pozycyjnego za pośrednictwem linii 510. Mikroprocesor 514 jest

PL 197 237 B1 dołączony do mostka H 504 w celu indywidualnego komutowania przełączników mocy, w celu zapewnienia komutacji jednofazowego uzwojenia stojana 502 w funkcji sygnału pozycyjnego.

Napięcie VDD do mikroprocesora 514 jest dostarczane linią 516 z obwodu zasilającego 503. Układ kasujący 518 niskiego napięcia monitoruje napięcie VDD na linii 516 podawane do mikroprocesora. Układ kasujący 518 indywidualnie kasuje mikroprocesor 514, kiedy napięcie VDD podawane do mikroprocesora za pośrednictwem linii 516 przechodzi od wartości poniżej zadanego progu do wartości powyżej tego progu. Progiem jest zwykle minimalne napięcie potrzebne do działania mikroprocesora 514. Zatem, celem stosowania układu kasującego 518 jest utrzymywanie i odnawianie działania mikroprocesora w przypadku, kiedy napięcie VDD podawane za pośrednictwem linii 516 spada poniżej ustanowionego minimum wymaganego do działania mikroprocesora 514.

Ewentualnie, dla zaoszczędzenia mocy, czujnik 508 Halla może być zasilany w sposób nieciągły stropem 520 czujnika Halla sterowanym przez mikroprocesor 514 w celu regulacji, przez modulację szerokości impulsu, mocy podawanej do czujnika Halla.

Mikroprocesor 514 ma wejście sterujące 522 do odbioru sygnału, który oddziałuje na sterowanie silnika 500. Sygnał może być na przykład sygnałem wyboru prędkości, jeżeli mikroprocesor jest zaprogramowany na pracę wirnika przy przełączaniu stojana na dwie lub więcej dyskretne prędkości. W odróżnieniu od tego, silnik może być sterowany przy ciągłej zmianie prędkości lub momentu obrotowego w funkcji temperatury. Na przykład, zamiast, lub w uzupełnieniu do, czujnika 508 Halla, może być stosowany dodatkowy czujnik 524 temperatury, służący do pomiaru temperatury otaczającego powietrza wokół silnika. Ta odmiana wykonania jest szczególnie użyteczna, kiedy silnik 506 napędza dmuchawę, która przemieszcza powietrze przez skraplacz w celu odprowadzenia wytwarzanego w skraplaczu ciepła, lub która służy do przepuszczania powietrza przez parownik chłodzący, na przykład przedstawiony na fig. 1-15.

W jednej z odmian wykonania, okres zegara w procesorze odpowiada temperaturze powietrza przepływającego wokół silnika i służy do wytworzenia sygnału temperaturowego, wskazującego wartość mierzonej temperatury. W przypadku zastosowań ze skraplaczem, gdzie dmuchawa nadmuchuje powietrze do skraplacza, ta temperatura reprezentuje temperaturę otoczenia, i następuje regulacja prędkości (przepływu powietrza), w celu zapewnienia minimalnego przepływu powietrza potrzebnego do optymalizacji procesu przekazywania ciepła. Kiedy dmuchawa wciąga powietrze przez skraplacz, temperatura reprezentuje wartość równą temperaturze otoczenia zwiększoną o zmianę temperatury (Δί) spowodowaną przez ciepło odebrane ze skraplacza przez strumień powietrza. W tym przypadku prędkość silnika zostaje zwiększona w odpowiedzi na podwyższenie temperatury wypadkowej (prędkość jest zwiększana przez zwiększenie momentu obrotowego, to znaczy przez zmniejszenie czasu wyłączenia mocy PDOFFTIM; patrz fig. 26). Ponadto, prędkość silnika może być ustawiana odpowiednio dla różnych zakresów temperatury, w celu zapewnienia różnych wartości przepływu powietrza, które byłyby różnymi stałymi wartościami przepływu powietrza w danych warunkach statycznego ciśnienia dmuchawy. Podobnie, w aplikacjach ze skraplaczami, moment potrzebny do utrzymywania w ruchu silnika z pożądaną prędkością, reprezentuje obciążenie statyczne silnika. Im większe jest obciążenie statyczne powodowane przez instalację w surowym środowisku, to znaczy chłodziarce zainstalowanej w postaci wbudowanej, lub przez utrudnienie przepływu powietrza przez skraplacz wskutek nagromadzonego kurzu lub gruzu. W obu tych przypadkach może być konieczne zwiększenie przepływu/prędkości powietrza.

Podobnie, w zastosowaniach z parownikami, zwiększone ciśnienie statyczne może wskazywać ma oblodzenie parownika lub zwiększoną gęstość upakowania chłodzonych wyrobów.

W jednej z przemysłowych aplikacji chłodniczych, dmuchawa parownika wyciąga powietrze z kurtyny powietrznej i z ujścia powietrza chłodzącego produkty spożywcze. Te produkty odlotowe dmuchawy są przedmuchiwane przez parownik. Temperatura wlotowa reprezentuje temperaturę powietrza kurtyny i powietrza wylotowego produktów spożywczych. Prędkość dmuchawy powinna być odpowiednio regulowana dla utrzymania pożądanej temperatury.

W odróżnieniu od tego, mikroprocesor 514 może komutować przełączniki ze zmienną prędkością, w celu utrzymania w zasadzie stałej prędkości przepływu powietrza przemieszczanego przez dmuchawę połączoną z wirnikiem 506. W tym przypadku mikroprocesor 514 generuje sygnał alarmowy przez uaktywnienie alarmu 528, kiedy prędkość silnika jest większa od pożądanej prędkości, odpowiadającej stałemu przepływowi powietrza, z którą pracuje silnik. Jak w przypadku pożądanego momentu obrotowego, pożądana prędkość może być wyznaczana przez mikroprocesor w funkcji początkowego obciążenia statycznego silnika i zmian obciążenia statycznego w czasie.

PL 197 237 B1

Figura 23 przedstawia jedną z korzystnych odmian wykonania wynalazku, w której mikroprocesor jest programowany zgodnie z zamieszczoną siecią działań. W szczególności, sieć działań z fig. 23 przestawia tryb, w którym silnik jest komutowany przy stałej prędkości przepływu powietrza, odpowiadającej prędkości i momentowi, które są określone tablicami, z których wyłączono punkty rezonansowe. Na przykład, kiedy wirnik napędza dmuchawę w celu przemieszczania powietrza przez skraplacz, silnik będzie wykazywał pewne prędkości przy których wystąpi rezonans powodując zwiększenie wibracji i/lub hałasu. Prędkości, przy których występuje taka wibracja i/lub hałas są zwykle takie same lub podobne, i są przewidywalne, zwłaszcza, kiedy silnik i przyporządkowana do niego dmuchawa są wytwarzane z bardzo ciasnymi tolerancjami. Zatem wibracje i hałas można minimalizować przez programowanie mikroprocesora na unikanie pracy przy pewnych prędkościach lub w pewnych zakresach prędkości, w których występuje wibracja lub hałas. Jak to przedstawiono na fig. 23, mikroprocesor 514 może pracować w następujący sposób. Po uruchomieniu, mikroprocesor w kroku 550 ustawia zmienną docelową I tak, aby odpowiadała początkowemu rozruchowemu wskaźnikowi prędkości określającemu stały przepływ powietrza. Następnie mikroprocesor przechodzi do kroku 552 i wybiera punktową nastawę prędkości (SSP - speed set point) z tablicy, która jest skorelowana z każdym ze zmiennych poziomów 0 do n dla odpowiedniej punktowej nastawy prędkości (SSP), na odpowiadający minimalnej mocy czas wyłączenia (PDOFFTIM=P_min) i na odpowiadający maksymalnej mocy czas wyłączenia (PDOFFTIM=P_max) odpowiedniego elementu mocy.

Należy zaznaczyć, że w miarę, jak czas PDOFFTIM rośnie, moc silnika maleje ponieważ sterujące przełączniki mocy w każdym interwale komutacji są wyłączane na dłuższe okresy czasu. Zatem, sieć działań z fig. 23 jest charakterystyczna dla tego sposobu podejścia. Dla specjalisty jest oczywiste, że do regulacji mocy silnika można stosować inne równorzędne metody.

Po opóźnieniu, w kroku 554, umożliwiającym ustabilizowanie się silnika, mikroprocesor 514 wybiera z tablicy wartość PDOFFTIM dla minimalnego poziomu mocy (Pmin), która zapewnia regulację prądu przez przyporządkowanie minimalnego poziomu mocy do wybranego poziomu zmiennej I. W kroku 558 mikroprocesor wybiera z tablicy PDOFFTIM dla maksymalnego poziomu mocy (M_ax), która zapewnia regulację prądu przez przyporządkowanie maksymalnego poziomu mocy do wybranego poziomu zmiennej I.

W kroku 560 mikroprocesor porównuje rzeczywistą wartość zmiennej PDOFFTIM reprezentującą rzeczywisty poziom mocy z minimalną wartością PDOFFTIM (Pmin) dla tego I. Jeżeli rzeczywista wartość PDOFFTIM jest większa od minimalnej wartości PDOFFTIM (PDOFFTIM > Pmin), to mikroprocesor przechodzi do kroku 562 i porównuje poziom I zmiennej z wartością maksymalną n. Jeżeli I jest większe lub równe n, to mikroprocesor przechodzi do kroku 566 w celu zwiększenia I o jeden skok.

Jeżeli, w kroku 560, mikroprocesor 514 stwierdza, że rzeczywista wartość PDOFFTIM jest mniejsza od lub równa wartości minimalnej PDOFFTIM (PDOFFTIM < Pmin), to mikroprocesor przechodzi do kroku 568 i porównuje rzeczywistą wartość PDOFFTIM, reprezentującą rzeczywisty poziom mocy, z maksymalną wartością PDOFFTIM (M_ax) dla tego I. Jeżeli rzeczywista wartość PDOFFTIM jest mniejsza od maksymalnej o wartości PDOFFTIM (PDOFFTIM < M_ax), to mikroprocesor przechodzi do kroku 570 i porównuje poziom I zmiennej z wartością minimalną 0. Jeżeli I jest mniejsze lub równe 0, to mikroprocesor przechodzi do kroku 572 w celu ustawienia I równego 0. W przeciwnym przypadku I musi być większe od minimalnej wartości dla I, tak więc mikroprocesor 514 przechodzi do kroku 574 w celu zmniejszenia I o jeden skok.

Jeżeli rzeczywista wartość PDOFFTIM jest mniejsza od lub równa maksymalnej wartości, tak że odpowiedź w obu krokach 560 i 568 brzmi nie, to silnik pracuje z prędkością i mocą potrzebną do zapewnienia odpowiedniego przepływu powietrza, tak że mikroprocesor wraca do kroku 552 podtrzymując jego pracę.

W odróżnieniu od tego, mikroprocesor 514 może być programowany zgodnie z algorytmem, który określa zmienną prędkość, z którą komutowane są klucze. Ta zmienna prędkość może się zmieniać w sposób ciągły między obecnym zakresem osiągającym od przynajmniej prędkości minimalnej Smin do nie więcej, niż maksymalną prędkością Sm_ax, z tym wyjątkiem że wyznaczony zakres prędkości S1 +/- S2 zostaje wykluczony z wyznaczonego zakresu. W wyniku tego, w przypadku prędkości zawierających się między S1 - S2 a S1, mikroprocesor uruchamia silnik przy S1 - S2, a dla prędkości między S1 a S1 + S2, przy S1 + S2.

Figura 22 przedstawia schemat mostka H 504, który stanowi obwód komutacyjny mocy zawierający przełączniki mocy według niniejszego wynalazku, jakkolwiek możliwe jest wykorzystywanie innych konfiguracji, jak na przykład dwa uzwojenia, które stanowią układ niesymetryczny, lub układ

PL 197 237 B1 mostka H, według patentu USA nr 5.859.519, który włącza się przez przywołanie do niniejszego dokumentu. Napięcie wejściowe DC jest podawane za pośrednictwem szyny 600 do kluczy wejściowych Q1 i Q2. Klucz wyjściowy Q3 zamyka jeden obwód przez indywidualnie włączany klucz Q2 i stojan 502 do szyny 602 ziemi. Klucz wyjściowy Q4 zamyka inny obwód przez indywidualnie włączany klucz Q1 i stojan 502 do szyny 602 ziemi. Klucz wyjściowy Q3 sterowany jest kluczem Q5, który otrzymuje sygnał sterujący za pośrednictwem portu BQ5. Klucz wyjściowy Q4 jest sterowany kluczem Q8, który otrzymuje sygnał sterujący za pośrednictwem portu BQ8. Przy zamykaniu klucza Q3, linia 604 obniża potencjał bramki Q1 w dół, powodując otwarcie klucza Q1, tak że klucz Q1 jest zawsze otwarty, kiedy zwarty jest klucz Q3. Podobnie, linia 606 zapewnia otwarcie klucza Q2 przy zwarciu klucza Q4.

Uzwojenie jednofazowe stojana 502 ma pierwszy zacisk F i drugi zacisk S. W wyniku tego, klucz Q1 stanowi pierwszy klucz wejściowy, włączony między zacisk S a źródło zasilania dołączone za pośrednictwem szyny 600. Klucz Q3 stanowi pierwszy klucz wyjściowy, włączony między zacisk F a szynę 602 ziemi. Klucz Q2 stanowi drugi klucz wejściowy, włączony między zacisk F a S a źródło zasilania, dołączone za pośrednictwem szyny 600. Klucz Q4 stanowi drugi klucz wyjściowy, włączony między zacisk F a szynę 602 ziemi. W wyniku tego, mikroprocesor steruje pierwszym kluczem wejściowym Q1 i drugim kluczem wejściowym Q2 oraz pierwszym kluczem wyjściowym Q3 i drugim kluczem wyjściowym Q4 tak że prąd podczas ruchu jest dostarczany podczas pierwszych 90° okresu komutacji przedstawionego na fig. 27. Pierwszych 90° okresu komutacji jest istotne ze względu na hałas i sprawność, i ma zastosowanie do tego topologicznego układu urządzenia zasilającego (to znaczy albo Q1 albo Q2 jest zawsze włączony, kiedy wyłączony jest, odpowiednio, albo Q3, albo Q4). PDOFFTIM jest to termin stosowany w algorytmach programowych sterowania mocą. Kiedy rozwarty jest pierwszy klucz wyjściowy Q3, pierwszy klucz wejściowy Q1 jest zwarty. Podobnie, drugi klucz wejściowy Q2 jest dołączony do, i reaguje na stan drugiego klucza wyjściowego Q4, tak że kiedy drugi klucz wyjściowy Q4 jest zwarty, drugi klucz wejściowy Q2 jest rozwarty. Również, kiedy drugi klucz wyjściowy Q4 jest rozwarty, drugi klucz wejściowy Q2 jest zwarty. Przedstawiono to na fig. 27, gdzie ukazano, że stan Q1 jest odwrotny względem stanu Q3 a stan Q2 jest odwrotny względem stanu Q4 w dowolnej chwili czasowej.

Figura 26 stanowi sieć działań taktowania, ilustrującą tryb rozruchowy z maksimum prądowym wyznaczonym przez określenie PDOFFTIM w funkcji prędkości silnika. W tym trybie, urządzenia mocy pracują z programową modulacją szerokości impulsu w trybie ciągłym dla uruchomienia silnika. Niniejszy algorytm startowy znajduje się w trybie rozruchowym przez osiem okresów komutacji, a następnie przechodzi do trybu RUN. Podobny algorytm mógłby przybliżać stałe przyspieszenie przez wybór właściwych nastaw dla PDOFFTIM w funkcji prędkości. W kroku 650, wartość HALLIN jest pewną stałą określającą wartość startową odczytu elementu Halla. Kiedy w kroku 652 rzeczywisty odczyt elementu Halla (HALLOLD), wartość HALLIN jest w kroku 654 ustawiana jako równa wartości HALLOLD, a w kroku 656 następuje zmiana PDOFFTIM w zależności od prędkości obrotowej.

Figura 25 przedstawia przebiegi wyjściowe mikroprocesora (BQ5 i BQ8), które sterują silnikiem, kiedy strobowane wyjście (HS3) pod wpływem efektu Halla zmienia stan. W tym przypadku, BQ5 jest modulowane ze zmianą szerokości impulsu, kiedy HS3 jest równe 0. Kiedy HS3 (strobowane) zmienia się na 1, pozostaje skończony okres czasu (LATENCY) dla mikroprocesora na rozpoznanie zmiany magnetycznej, po której BQ5 znajduje się w stanie wyłączenia, tak że BQ8 rozpoczyna modulację szerokości impulsu (podczas okresu PWMTIM).

Na fig. 24 przedstawiono inną właściwość charakterystyczną wynalazku, przy czym mikroprocesor działa w bezpiecznym obszarze trybu roboczego, bez konieczności pomiaru prądu. W szczególności, według fig. 24, mikroprocesor 514 steruje kluczami wejściowymi Q1 - Q4, tak że każdy klucz wejściowy jest zwierany lub rozwierany na minimalny okres czasu (PDOFFTIM) podczas każdego okresu modulacji szerokości impulsu, po czym ochrona przed nadmiernym wzrostem temperatury odbywa się bez pomiaru prądu. W szczególności ten minimalny okres może być funkcją prędkości wirnika, po czym ochrona przed nadmiernym wzrostem temperatury odbywa się bez pomiaru prądu, przez ograniczanie prądu wypadkowego w czasie. Jak to przedstawiono na fig. 24, jeżeli prędkość jest większa, niż wartość minimalna (to znaczy, jeżeli A < 165), to A zostaje ustawione na 165 i ograniczenie SOA zostaje ominięte i nie jest wymagane; jeżeli prędkość jest mniejsza, od (lub równa) wartości minimalnej (to znaczy, jeżeli A > 165) to procedura z fig. 24 zapewnia, że klucze są wyłączone na minimalny okres czasu ograniczając prąd. A jest zmienną i jest obliczana za pomocą równania, które reprezentuje minimalna wartość PDOFFTIM przy danej prędkości (prędkość jest stałą mnożoną przez 1/TINPS,

PL 197 237 B1 gdzie TINPS jest okresem silnika). Wtedy, jeżeli PDOFFTIM jest < A, to PDOFFTIM jest ustawiane na wartość A, tak że prąd silnika jest utrzymywany na maksymalnej pożądanej wartości przy prędkości, z którą obraca się silnik.

Jak to przedstawiono na fig. 18, silnik zawiera obwód kasujący 512 do wybiórczego kasowania mikroprocesora, kiedy napięcie zasilacza vdd wykazuje przejście od wartości poniżej wyznaczonego progu do wartości powyżej tego wyznaczonego progu. W szczególności, klucz Q6 za pośrednictwem portu MCLR/VPP blokuje mikroprocesor, kiedy podzielone napięcie między rezystorami R16 i R17 spada poniżej wyznaczonego progu. Mikroprocesor jest uaktywniany ponownie i kasowany, kiedy napięcie wraca do wartości powyżej wyznaczonego progu, powodując jednocześnie zwarcie klucza Q6.

Figura 19 przedstawia jedną z korzystnych odmian wykonania obwodu strobującego 520 dla czujnika 508 Halla. Mikroprocesor generuje sygnał z modulacją szerokości impulsu, GPS, który z przerwami zasila czujnik 508 Halla, w sposób pokazany na fig. 27, przez przerywane zwieranie klucza Q7 i dostarczaniem napięcia VB2 do czujnika 508 Halla za pośrednictwem linii HS1.

Figura 17 przedstawia uproszczony schemat obwodu zasilającego 503, który dostarcza napięcia Vin do wzbudzania uzwojenia jednofazowego stojana za pośrednictwem mostka H 504, i który dostarcza również różnych innych napięć do sterowania mostka H 504 i do zasilania mikroprocesora 514. W szczególności, niższe napięcia zasilania włącznie z VB2 dostarczające napięć sterujących do kluczy Q1 - Q4, VDD do zasilania mikroprocesora, HS2 do zasilania czujnika 508 Halla oraz VSS, które jest masą odniesienia obwodu sterującego, niekoniecznie odniesioną do wejścia napięcia AC lub DC, są wytwarzane z napięcia wejściowego V_h za pośrednictwem bezstratnego włączonego szeregowo z linią kondensatora C1.

Na fig. 20 przedstawiono przebiegi wejściowe i wyjściowe mikroprocesora 514. W szczególności tylko jedno wejście GP4 z czujnika położenia wykorzystuje się do generowania informacji, która steruje stanem sygnału sterującego BQ5 podawanego do klucza Q5, w celu sterowania kluczem wyjściowym Q3 i kluczem wejściowym Q1, i która steruje stanem sygnału sterującego BQ8 podawanego do klucza Q8, w celu sterowania kluczem wyjściowym Q4 i kluczem wejściowym Q2. Wejście GP2 jest wejściem opcjonalnym do wyboru prędkości silnika lub innego parametru, lub też może być dołączone w celu odbioru sygnału wejściowego temperatury z wyjścia komparatora, kiedy wykorzystywany jest w połączeniu z termistorem 524.

Na fig. 28 przedstawiono sieć działań korzystnej odmiany wykonania trybu roboczego, w którym elementy mocy są regulowane prądowo. W tym trybie mają zastosowanie następujące parametry operacyjne:

STEROWANIE (PRĄDOWE) ELEMENTU MOCY W TRYBIE ROBOCZYM • Na końcu każdej komutacji, czasowe elementy mocy powinny być wyłączane w czasie obliczonego następnego okresu komutacji.

OFFTIM = TINP/2. (Okres komutacji dzielony przez 2 = 90°) Jakkolwiek jest to procedura startowa, jest ona również obliczana.

• Po ośmiu komutacjach (jednym obrocie silnika) przy wyjściu z procedury startowej, obliczone zostaje PWMTIM:

PWMTIM = OFFTIM/4 • Na początku każdego okresu komutacji, licznik (COUNTS) jest ustawiany na wartość pięć, dla umożliwienia czterokrotnego włączenia elementów mocy w ciągu tego okresu:

PWMSUM = PWMTIM

PDOFFSUM = PWMTIM-PDOFFTIM

TIMER = 0 (PDOFFTIM jest wykorzystywane do sterowania ilością prądu w silniku i regulowane jest w algorytmie sterowania (SPEED, TORQUE, CFM itd. ).

• Czas komutacji ustawiony na 0 dla każdej zmiany stanu czujnika Halla stanowi zapisywaną wartość strobu elementu Halla.

Podczas biegu silnika, w każdym okresie komutacji realizowana jest sieć działań z fig. 28. W szczególności w kroku 702, sprawdzany jest najpierw czas komutacji, dla stwierdzenia, czy silnik nie pozostaje w tym położeniu przez zbyt długi okres czasu, w tym przypadku 32 ms. Jeżeli tak, to w kroku 704 następuje zasygnalizowanie blokady silnika. W przeciwnym przypadku program w kroku 706 sprawdza, czy czas komutacji jest większy od OFFTIM; jeżeli tak, to okres komutacji jest większy od elektrycznych 90° i program odgałęzia się do kroku 708, który wyłącza elementy mniejszej

PL 197 237 B1 mocy i w kroku 710 opuszcza procedurę. Następnie, w kroku 712 odbywa się porównanie czasu komutacji z wartością PWMSUM. Jeżeli jest on mniejszy od PWMSUM, to w kroku 714 następuje sprawdzenie czasu komutacji, dla określenia, czy jest on mniejszy od lub równy wartości PDOFFSUM, przy czym jeżeli tak, to w kroku 716 następuje wyjście z procedury; w przeciwnym przypadku procedura się odgałęzia do kroku 708 (jeżeli odpowiedź w kroku 714 brzmi tak).

Dla innego przypadku, w którym czas komutacji jest większy od, lub równy wartości PWMSUM, w kroku 718 wartości PWMSUM i PDOFFSUM zwiększają się o PWMTIM w celu przygotowania ich do następnego okresu modulacji szerokości impulsu, a zmienna A jest przypisywana zmiennej COUNT 8-1.

Jeżeli wartość A w kroku 720 jest równa zeru to okresy modulacji szerokości impulsów (4 impulsów) dla tego okresu komutacji są zakończone, i program odgałęzia się do kroku 708 w celu wyłączenia elementów małej mocy i wyjścia z tego podprogramu. Jeżeli wartość A nie jest równa zeru, to zmienna COUNTS (która jest zmienną określającą liczbę cykli PWM na jedną komutację) zostaje w kroku 722 ustawiona na wartość A; następuje włączenie odpowiedniego elementu małej mocy; i w kroku 716 następuje wyjście z tego podprogramu. Za pomocą szybszego procesora można zaimplementować więcej zliczonych okresów modulacji PWM na jeden okres komutacji. W przypadku wolniejszych procesorów korzystne jest stosowanie czterech (4) okresów modulacji impulsu na okres komutacji, natomiast w przypadku szybszych procesorów korzystne jest stosowanie ośmiu (8) okresów PWM na komutację.

Wykres czasowy tej sytuacji przedstawiono na fig. 27. W procedurze zablokowanego wirnika, według kroku 704, przy wyjściu, elementy małej mocy zostają wyłączone w ciągu 1,8 s, po czym odbywa się próba normalnego startu.

Claims (15)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Siinik elektryczny, zawierający stojan z rdzeńiem i uzwojeniem umieszczonym na rdzeniustojana oraz wirnik, mający wał osadzony wewnątrz rdzenia stojana i obrotowo względem stojana wokół wzdłużnej osi wału, przy czym ze stojanem i wirnikiem jest połączona obudowa podtrzymująca stojan i wirnik, a ponadto silnik zawiera płytkę z obwodem drukowanym do sterowania działaniem silnika, przy czym płytka z obwodem drukowanym ma zainstalowany na niej styk mocy elektrycznej dla uzwojenia, znamienny tym, że obudowa (26) jest ukształtowana z gniazdem wtykowym (76) dla wtyku (78) doprowadzania zewnętrznego źródła mocy elektrycznej, przy czym w położeniu połączenia wtyku (78) ze stykiem zasilającym (74) są one umieszczone w obudowie (26), która zawiera element pozycjonujący wtyku (78) do naprowadzania wtyku (78) na płytkę z obwodem drukowanym (40), przy czym styk zasilający (74) w położeniu połączenia z wtykiem (78) jest tylko częściowo umieszczony we wnętrzu wtyku (78).
2. 2. Sllnik według zastrz. 1, znamienny tym, że gniazdo wtykowe (76) zaopatrzone jest w ukształtowane w nim występy (80) dystansowe dla płytki z obwodem drukowanym (40).
3. 3. Siinńk według zastrz. 1, znamienny tym, że obudowa (^^) ma okno (84), które w położeniu usytuowania płytki z obwodem drukowanym (40) w obudowie jest umieszczone na wprost styków (82) uformowanych na płytce z obwodem drukowanym (40), przy czym wymiar i kształt okna (84) jest dopasowany do wymiaru i kształtu sondy (88) połączonej z mikroprocesorem, zaś sonda (88) jest usytuowana w styku ze stykami do programowania silnika usytuowanymi wewnątrz obudowy (26), przy czym okno (84) jest ukształtowane do wprowadzania sondy (88) tylko w jednej orientacji.
4. 4. Silnik według zastrz. 3, znamienny tym, że w oknie (84) jest usytuowany zamykający go ogranicznik (86), który jest ruchomo osadzony w oknie (84).
5. 5. Siinńk według zastrz. 1, znamienny tym, że płytka z obwodem drukowanym (40) jest połączona elektryczne z uzwojeniem i jest wolna od połączeń ze stojanem (22), przy czym płytka z obwodem drukowanym (40) jest zamocowana do obudowy (26) na wcisk.
6. 6. Silnik według zastrz. 5, znamienny tym, że obudowa (26) ma ukształtowane wewnętrzne żebra (42) do zaczepiania o obwodowe krawędzie płytki z obwodem drukowanym (40) i na pasowany wcisk.
7. 7. Siinik według zastrz. 1, znamienny tym, że obudowa (^^6 zawiera zespół progów (644, zaś stojan (22) ma ukształtowany zestaw odgałęzień (36) wystających z niego na zewnątrz, przy czym każde odgałęzienie (36) jest sprężyste i ma ukształtowany na końcu zaczep (38), przy czym zaczep (38)

   PL 197 237 B1 każdego odgałęzienia (36) jest usytuowany w otworze (66) ukształtowanym w obudowie (26), gdy stojan (22) jest w położeniu zatrzaśnięcia zamontowanego na stojanie wirnika (24) z obudową (26).
8. 8. Siinikwedług zastrz. 7, znamienny tym, że obudowa (26) zawiera czaszę (54), w której jest umieszczona część stojana (22), przy czym czasza (54) jest zaopatrzona w otwory (66) rozmieszczone do zapewnienia dostępu do swobodnych końców odgałęzień (36) znajdujących się wewnątrz obudowy (22).
9. 9. Silnik według zastrz. 8, znamienny tym, że każdy otwór (66) obudowy ma promieniowo zewnętrzną krawędź (66a) i promieniowo wewnętrzną krawędź (66b), usytuowane w płaszczyźnie ułożonej pod kątem co najmniej 45° z osią podłużną wału (32) wirnika (24).
10. 10. Siinikwedług zas^z. 7, znamienny tym, że stojan (22) ma rdzeń (92) i uzwojenie (94^ które są usytuowane całkowicie w materiale termoplastycznym, przy czym rdzeń (92) i uzwojenia stojana (22) zamknięte są przez odgałęzienia stojana ukształtowane jednoczęściowe z materiału termoplastycznego.
11. 11. Siinik według zastrz. 7, znamienny tym, ze s-koan (22) dodatkowo zawiera wydatne nabiegunniki (100) i centralny element pozycjonujący (104), przy czym centralny element pozycjonujący (104) jest usytuowany w centralnym otworze (102) rdzenia stojana (22) i zazębia się z promieniowo wewnętrznymi krawędziami nabiegunników (100),zaś nabiegunniki (100) są usytuowane promieniowo.
12. 12. Siinik według 10, znamienny tym, ze rdzeń(92) stojana(22) z^(^f^^tι'^^c^rn/j^^t w żebra (106) odstające promieniowo do wewnątrz centralnego otworu (102) rdzenia (92) stojana (22) i zazębiające się z nabiegunnikami (100), przy czym w położeniu połączenia nabiegunników (100) i centralnego elementu pozycjonującego (104) z rdzeniem (92) stojana (22), co najmniej jedno żebro (106) ma zmniejszoną grubość.
13. 13. Siinik według zas-trz. 12, znamienny tym, ze w centralnym ooworze (1022 rdzenia (92) stojana (22) jest umieszczone łożysko (110) wału (32) wirnika (24), przy czym wokół łożyska (110) jest uformowany centralny element pozycjonujący (104).
14. 14. Siinik według zastrz. 7, znamienny tym. że stooan (22) zawiera zespóó zamocowanych na rdzeniu (92) stojana (22) wydatnych nabiegunników (100), przy czym każdy nabiegunnik (100) ma kształt zbliżony do litery U i ma odgałęzienie wewnętrzne (100a) umieszczone w centralnym otworze (102) rdzenia (92) stojana (22) oraz odgałęzienie zewnętrzne (100b) wystające osiowo od rdzenia (92) stojana (22) w miejscu usytuowanym na zewnątrz centralnego otworu (102) rdzenia (92) stojana (22), przy czym promieniowo na zewnątrz skierowana powierzchnia odgałęzienia zewnętrznego (100b) ma otwarte promieniowo na zewnątrz nacięcie (100d).
15. 15. Siinik według zas-trz. 1, znamienny tym, ze stryk zasiiający (esł usytuowany na płytce z obwodem drukowanym (40).