PL63571B1 - - Google Patents

Description

Pierwszenstwo: Opublikowano: 19.VII.1969 (P 134 951) 15.X.1971 63571 KI. 21 a1,39 MKP H 02 k, 29/02 Twórca wynalazku: Michal Woznica Wlasciciel patentu: Wroclawskie Zaklady Elektroniczne „Elwro", Wroclaw (Pol¬ ska) Silnik pradu stalego z ukladem elektronicznym do jego sterowania Przedmiotem wynalazku jest silnik pradu stalego z ukladem elektronicznym do jego sterowania przeznaczo¬ ny do stosowania w ukladach automatyki, oraz w ukla¬ dach napedowych.Znane, stosowane silniki pradu stalego maja komuta¬ tor poprzez który zasila sie uzwojenia twornika. W ukladach automatyki stosowane sa silniki zasilane im¬ pulsowo, które posiadaja stale bieguny magnetyczne, lub tak wykonane uzwojenia, ze wymagaja one stoso¬ wania pierscieni slizgowych umocowanych na wirniku.Znane silniki pradu stalego maja szereg wad do któ¬ rych przede wszystkim naleza: koniecznosc zasilania twornika poprzez ruchome elementy stykowe skladajace sie z nieruchomych szczotek, wycinków wirujacego ko¬ mutatora lub pierscienia slizgowego, duza zaleznosc mocy silnika od wielkosci obrotów wirnika, trudnosci w regulacji i stabilizacji obrotów wynikajace z koniecz¬ nosci stosowania regulowanych recznie lub serwomecha¬ nizmami opornic regulacyjnych na których ponadto wy¬ stepuja straty cieplne, lub z koniecznosci stosowania wzmacniaczy elektromaszynowych nie dajacych jednak mozliwosci uzyskiwania malych obrotów.Wada znanych silników pradu stalego jest koniecz¬ nosc stosowania reduktorów obrotów, lub przekladni wielostopniowych w tych przypadkach, w których za¬ chodzi potrzeba wielokrotnego obnizania wielkosci obrotów przy zachowaniu stalej mocy oddawanej przez silnik. Znane silniki impulsowe umozliwiaja wieksza sterownosc, nie pozwalaja jednak na uzyskanie odpo- 10 15 20 25 30 wiednio duzych mocy wymaganych w ukladach napedo¬ wych.Celem wynalazku jest uzyskanie momentów napedo¬ wych przy zmienianej w szerokich granicach liczbie obrotów z równoczesnym zapewnieniem stalej mocy sil¬ nika, bez stosowania reduktorów, przekladni wielostop¬ niowych, przekladni bezstopniowych, oraz wzmacniaczy elektromaszynowych, oraz zapewnienie mozliwosci do¬ konywania w dowolnej chwili zmiany kierunku mo¬ mentu napedowego a przede wszystkim wyeliminowania komutatora.Zadaniem wynalazku jest skonstruowanie silnika, re¬ alizujacego postawiony cel.Cel ten zostal osiagniety przez skonstruowanie silni¬ ka pradu stalego z ukladem elektronicznym do jego ste¬ rowania, który to silnik jest utworzony z dwóch elek¬ tromagnetycznych zespolów odizolowanych od siebie magnetycznie i elektrycznie, zasilanych na przemian z elektronicznego ukladu a kazdy z elektromagnetycznych zespolów sklada sie z uzwojenia nawinietego na nieru¬ chomym rdzeniu zaopatrzonym w okreslona ilosc rów¬ nomiernie rozmieszczonych nabiegunników oraz takiej samej ilosci magnetycznych zwór umieszczonych na wirniku wspólnym dla obu elektromagnetycznych zespo¬ lów przy czym zwory wirnika oraz rdzenie obydwu elek¬ tromagnetycznych zespolów sa usytuowane wspólosiowo i obrócone wzgledem siebie o taka stala wartosc kato¬ wa, ze przy calkowitym zamknieciu obwodów magne¬ tycznych w jednym zespole, obwody magnetyczne dru¬ giego zespolu sa maksymalnie rozwarte. 63571 4 Taki silnik umozliwia zasilanie jego nieruchomych uzwojen bez koniecznosci stosowania komutatora lub stalych magnesów. Pozwala on na plynna lub skokowa regulacje obrotów w zakresie od obrotów maksymalnych do 0,05 wartosci obrotów maksymalnych, przy czym w zaleznosci od ilosci zwór i nabiegunników oraz uzytych do ich wykonania materialów mozna uzyskac wartosci obrotów od kilku obrotów na minute do kilkudziesieciu tysiecy obrotów na minute. Pozwala on równiez ha zmiane kierunku momentu napedowego w dowolnej chwili, co wywoluje efekt hamowania.Silnik wedlug wynalazku moze byc wykonany na do¬ wolne moce w zakresie od ulamków watów do kilku kilowatów, przy czym w porównaniu ze znanymi silni¬ kami komutatorowymi jego gabaryty sa kilkakrotnie mniejsze ptzy dafiej mocy i obrotach, eliminuje ponadto klopotliwe uzwojenia ramkowe.Silnik wedlug wynalazku moze byc skonstruowany w ten sposób, ze nieruchome uzwojenie jest usytuowane wewnatrz wirnika lub tez wirnik moze byc usytuowany wewnatrz nieruchomych uzwojen.Wynalazek zostanie blizej objasniony w dwóch przy¬ kladach wykonania przedstawionych na zalaczonych ry¬ sunkach, na których fig. 1 przedstawia przekrój wzdluz¬ ny poosiowy silnika, z wirnikiem zewnetrznym, fig. 2 tarcze idykatora polozenia wirnika, fig. 3 i 4 dwa prze¬ kroje poprzeczne silnika, fig. 5 schemat elektroniczne¬ go ukladu sterowania silników, fig. 6 przedstawia prze¬ krój wzdluzny poosiowy drugiego przykladu wykonania silnika, z wirnikiem wewnetrznym, zas fig. 7 i 8 prze¬ kroje poprzeczne tego silnika.Silnik wedlug wynalazku ma sworzen 1 na którym sa zamocowane rdzenie 2 i 3 i miedzy którymi jest umie¬ szczony dystansowy pierscien 4 wykonany z materialu niemagnetycznego.Na rdzeniu 2 jest nawiniete uzwojenie 5, a na rdze¬ niu 3 jest nawiniete uzwojenie 6. Koncówki uzwojen 5 i 6 sa wyprowadzone poprzez wydrazenie w sworzniu 1.Na bocznych scianach rdzeni 2 i 3 sa uksztaltowane na- biegunniki 7. Na sworzniu 1 sa ulozyskowane tarcze 8 i 9 na których jest zamocowany cylindryczny wirnik 10.Na wewnetrznej cylindrycznej powierzchni wirnika 10 sa uksztaltowane magnetyczne zwory 11 wzdluz tworza¬ cej wirnika, przy czym dlugosci zwór sa równe dlugo¬ sciom rdzeni.Rdzen 2 z nawinietym na nim uzwojeniem 5 i wspól¬ pracujacymi z jego nabieguhnikami 7 magnetycznymi zworami 11 wirnika 10 tworza jeden odizolowany mag¬ netycznie i elektrycznie zespól elektromagnetyczny zas rdzen 3 z nawinietym na nim uzwojeniem 6 i wspól¬ pracujacymi z jego nabiegunnikami 7 magnetycznymi zworami 11 wirnika 10 tworza drugi odizolowany mag¬ netycznie i elektrycznie zespól elektromagnetyczny.Zwory 11 wirnika 10 oraz nabiegunniki 7 rdzeni 2 i 3 sa usytuowane wspólosiowo i rozmieszczone równo¬ miernie.Obwody magnetyczne jednego zespolu elektromagne¬ tycznego sa utworzone przez rdzen 2, nabiegunniki 7 tego rdzenia, wirujace nad rdzeniem 2 zwory 11 i szczeliny powietrzne miedzy czolami nabiegunników 7 i zwór 11.Obwody magnetyczne drugiego zespolu elektromagne¬ tycznego sa utworzone analogicznie. Zwory 11 wirnika 10 oraz nabiegunniki 7 jednego zespolu elektromagne¬ tycznego sa tak usytuowane wzgledem zwór 11 wirnika 10 i nabiegunników 7 drugiego zespolu, ze przy calko¬ witym zamknieciu obwodów magnetycznych w jednym zespole, obwody magnetyczne drugiego zespolu sa mak¬ symalnie rozwarte.Na tarczy 8 jest zamocowana tarcza 12 indykatorów 5 13 polozenia wirnika 10 odwzorujaca polozenie wir nika 10 wzgledem nieruchomych rdzeni 2 i 3. Na sworzniu 1 jest zamocowany korpus 14 indykatorów 13 w którym sa zamocowane dwa indykatory 13. Sworzen 1 jest umocowany w korpusie dowolnego ksztaltu.Silnik wedlug wynalazku jest zaopatrzony w elektro¬ niczny uklad sterujacy zasilaniem uzwojen 5 i 6 ze zró¬ dla 15 napiecia stalego. Uklad sterujacy posiada dwa elektroniczne przelaczniki 16 i 17. Elektroniczny prze¬ lacznik 16 jest wlaczony szeregowo miedzy zródlo 15 napiecia stalego i uzwojenie 5. Elektroniczny przelacz¬ nik 17 jest wlaczony szeregowo miedzy zródlo 15 na¬ piecia stalego i uzwojenie 6.Wejscie sterujace elektronicznego przelacznika 16 jest polaczone z wyjsciem iloczynowego ukladu 18, zai wejscie sterujace elektronicznego przelacznika 17 jest polaczone z wyjsciem drugiego iloczynowego ukladu 19.Kazdy z iloczynowych ukladów ma dwa wejscia. Jedno wejscie iloczynowego ukladu 18 jest polaczone z wyj¬ sciem „0" uniwibratora 20, którego wejscie „1" jest po¬ laczone przez wezel A i rózniczkujacy uklad 21 z jed¬ nym wejsciem iloczynowego ukladu 19.Wezel A poprzez sprzezony przelacznik 22, jest pola¬ czony z jednym z wyjsc przerzutnika 23. Drugie wejscie iloczynowego ukladu 18 jest polaczone przez rózniczku¬ jacy uklad 24 i wezel B z wejsciem „1" uniwibratora 25, którego wyjscie „0" jest polaczone z drugim wej¬ sciem iloczynowego ukladu 19. Wezel B jest polaczony poprzez sprzezony przelacznik 22 z drugim wyjsciem przerzutnika 23. Indykatory 13 polozenia wirnika 10 sa polaczone z wejsciem formujacego ukladu 26, którego wyjscie steruje wejsciem przerzutnika 23.Do formujacego ukladu 26 jest podlaczony przelacz¬ nik 27 wlaczajacy i wylaczajacy silnik. Uniwibratory 20 i 25 posiadaja sprzezone mechanicznie regulatory 28 do wspólbieznego nastawiania szerokosci impulsów. Wyj¬ scia C i D formujacego ukladu 26 sa polaczone odpo¬ wiednio z elektronicznymi przelacznikami 16 i 17. We¬ zel A polaczony jest z wylaczajacym wejsciem F elek¬ tronicznego przelacznika 16, zas wezel B z wylaczaja¬ cym wejsciem E elektronicznego przelacznika 17.Silnik wedlug wynalazku w drugim przykladzie wy¬ konania rózni sie od silnika omówionego w pierwszym przykladzie wykonania tym, ze wewnatrz nieruchomego korpusu 29 z zamocowanymi do niego rdzeniami 2a i 3a jest ulozyskowany walek 30 za posrednictwem tarcz 8a i 9. Na walku 30 jest trwale zamocowany wirnik lOa z uksztaltowanymi na jego zewnetrznej powierzchni magnetycznymi zworami lla.Wewnatrz rdzeni 2a i 3a sa nawiniete uzwojenia 5a i 6a. Miedzy rdzeniami 2a i 3a jest umieszczona dystan¬ sowa tuleja 4a wykonana z materialu niemagnetycznego.Tarcza 12a indykatorów 13 polozenia wirnika lOa jest zamocowana na walku 30. Na korpusie 29 silnika jest zamocowany korpus 14a indykatorów 13 polozenia wir¬ nika lOa. Silnik jest sterowany elektronicznym ukladem juz opisanym.Dzialanie silnika wedlug wynalazku przebiega naste¬ pujaco: Przed uruchomieniem silnika przelacznik 27 znajduje sie w polozeniu Stop. Indykatory 13 polozenia wirnika 15 20 25 30 35 40 45 50 55 6063571 5 6 10 wzgledem nieruchomych rdzeni 2 i 3 silnika oraz przelacznik 27 znajdujacy sie w polozeniu Stop wy¬ muszaja za posrednictwem formujacego ukladu 26 taki stan przerzutnika 23, ze przelaczenie przelaczni¬ ka 37 w strone Start powoduje przerzut napiec na wyjsciach ,4" i 9ft" przerzutnika 23. Na moment przed wystapieniem przerzutu przerzutnika 23 na wyjsciach C i D formujacego ukladu 26 pojawiaja sie stale potencja¬ ly elektryczne, które otwieraja iloczynowe wejscia elek¬ tronicznych przelaczników 16 i 17 na okres pracy sil¬ nika.W momencie przerzutu przerzutnika 23 na jednym z jego wyjsc pojawia sie skok napiecia do wartosci odpo¬ wiadajacej logicznemu „1". Skok ten przenosi sie do wezla A lub B w zaleznosci od polozenia sprzezonego przelacznika 22 ustalajacego kierunek momentu napedo¬ wego silnika. Przed wystapieniem na jednym z wezlów A lub B skoku napiecia do wartosci odpowiadajacej logicznemu „1" na wyjsciach „0" uniwibratorów 20 i 25 istnieje napiecie odpowiadajace logicznemu „1" ponie¬ waz uniwibratory 20 i 25 znajduja sie w stanie „1" tyl¬ ko w tym czasie, kiedy wytwarzaja na swoich wyjsciach impulsy napiecia wywolane pojawieniem sie na ich wej¬ sciach „1" skoku napiecia do wartosci odpowiadajacej logicznemu „1".Skok napiecia do wartosci logicznej „1" wystepujacy na jednym z wezlów A lub B ulega zrózniczkowaniu w polaczonym z tym wezlem rózniczkujacym ukladzie 21 lub 24 oraz powoduje wytworzenie jednego impulsu w polaczonym z tym wezlem uniwibratorze 20 lub 25.Zrózniczkowany impuls przeniesiony zostaje poprzez je¬ den z iloczynowych ukladów 19 lub 18 na iloczynowe wejscie jednego z elektronicznych przelaczników 16 lub 17 powodujac wlaczenie na uzwojenie 5 lub 6 napiecia zasilania ze zródla 15 napiecia stalego.Wytworzony na wyjsciu „0" jednego z uniwibratorów 20 lub 25 impuls napiecia odpowiadajacego logicznemu „0", blokuje polaczony z tym wyjsciem iloczynowy uklad 21 lub 24. Czas trwania impulsów uniwibratorów 20 i 25 okreslony jest przez wybrane polozenie sprzezo¬ nych mechanicznie regulatorów 28 szerokosci impulsów.Po wlaczeniu jednego z elektronicznych przelaczni¬ ków 16 lub 17 zaczyna plynac prad w uzwojeniu 5 lub 6. Sprzezany z danym uzwojeniem strumien magnetycz¬ ny zamyka sie poprzez nabiegunniki 7, szczeline po¬ wietrzna oraz magnetyczne zwory 11.Usytuowanie tarczy 12, indykatorów 13 wzgledem wirnika 10 oraz zwór 11 wzgledem nabiegunników 7 rdzeni 2 i 3 jest takie, ze wytworzony w szczelinie po¬ wietrznej danego zespolu elektromagnetycznego magne¬ tyczny strumien powoduje powstanie w wirniku 10 mo¬ mentu napedowego o kierunku okreslonym przez polo¬ zenie sprzezonego przelacznika 22. Wywolany tym mo¬ mentem napedowym obrót wirnika 10 powoduje zmniej¬ szanie sie opornosci magnetycznej szczeliny powietrznej i w momencie, gdy czola zwór 11 ustawia sie nad czo¬ lami nabiegunników 7, indykatory 13 polozenia wirnika 10 dokonuja za posrednictwem formujacego ukladu 26 przerzutu napiec na wyjsciach „1" i „0" przerzutnika 23. Przerzut napiec przerzutnika 23 wywoluje na dru¬ gim z wezlów A lub B skok napiecia do wartosci od¬ powiadajacej logicznemu „1", który powoduje identycz¬ ne zjawiska w podlaczonym do tego wezla uniwibrato¬ rze 20 lub 25 oraz rózniczkujacym ukladzie 24 lub 21.Zrózniczkowany skok napiecia powoduje przelaczenie zródla 15 napiecia stalego na drugie z uzwojen 5 lub 6 za posrednictwem drugiego z elektronicznych przelacz¬ ników 16 lub 17 poniewaz w tym samym momencie wy¬ stepujacy na danym wezle A lub B skok napiecia do 5 wartosci „1" powoduje wylaczenie poprzednio wlaczo¬ nego elektronicznego przelacznika 16 lub 17.Powstajacy w wirniku 10 moment napedowy przy¬ spiesza jego predkosc katowa. Przyspieszenie obrotów wirnika 10 i zwiazane z tym naprzemienne zasilanie uzwojen 5 i 6 ze zródla 15 napiecia stalego do momen¬ tu, w którym odstep czasu miedzy dwoma kolejnymi przerzutami napiec na wyjsciach przerzutnika 23 jest mniejszy, od czasu trwania impulsów wytwarzanych w uniwibratorach 20 i 25. Od tego momentu zrózniczko¬ wane impulsy wchodza na zablokowane impulsami uni¬ wibratorów 20 i 25 wejscia iloczynowych ukladów 18 i 19, skutkiem czego elektroniczne przelaczniki 16 i 17 pozostaja wylaczone pojawiajacymi sie na ich wejsciach E lub F skokami napiecia do wartosci „1".Stan wylaczenia obu uzwojen 5 i 6 trwa do momentu, w którym odstep czasu miedzy kolejnymi przerzutami przerzutnika 23 spowodowany zmniejszeniem predkosci katowej wirnika 10 ulegnie zwiekszeniu w stosunku do stalej szerokosci impulsów uniwibratorów 20 i 25. Prze¬ laczenie sprzezonego przelacznika 22 na drugie polo¬ zenie powoduje zmiane kolejnosci zasilania uzwojen 5 i 6, co w efekcie wywoluje zmiane kierunku momentu napedowego i wynikajace stad wyhamowanie obrotów wirnika 10 do wartosci zerowej.Przelaczenie przelacznika 27 do pozycji STOP powo¬ duje zablokowanie iloczynowych wejsc elektronicznych przelaczników 16 i 17 i stale odlaczenie uzwojen 5 i 6 zródla 15 napiecia stalego. PL PL

Claims (4)

1. Zastrzezenia patentowe 1. Silnik pradu stalego z ukladem elektronicznym do jego sterowania, znamienny tym, ze jest utworzony z dwóch elektromagnetycznych zespolów identycznych, nie sprzezonych ze soba magnetycznie i elektrycznie, zasilanych na przemian z elektronicznego ukladu, a kazdy z elektromagnetycznych zespolów sklada sie z uzwojenia (5, 6) nawinietego na nieruchomym rdzeniu (2, 3) zaopatrzonym w okreslona ilosc równomiernie rozmieszczonych nabiegunników (7) oraz takiej samej ilosci magnetycznych zwór (11) umieszczonych na wir¬ niku (10) wspólnym dla obu elektromagnetycznych ze¬ spolów, przy czym zwory (11) wirnika (10) oraz nabie¬ gunniki (7) obydwu elektromagnetycznych zespolów sa usytuowane wspólosiowo i obrócone wzgledem siebie o taka stala wartosc katowa, ze przy calkowitym zamknie¬ ciu obwodów magnetycznych w jednym zespole, obwody magnetyczne drugiego zespolu sa maksymalnie rozwarte.

2. Silnik wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze elek¬ troniczny uklad sterujacy zasilaniem uzwojen (5, 6) sil¬ nika posiada dwa elektroniczne przelaczniki (16) i (17), z których jeden elektroniczny przelacznik (16) jest po¬ laczony w szereg z jednym z uzwojeniem (5) silnika i zródlem (15) zasilajacego napiecia stalego, a drugi elek¬ troniczny przelacznik (17) jest polaczony w szereg z drugim uzwojeniem (6) silnika i zródlem (15) napiecia stalego, przy czym wejscia elektronicznych przelaczni¬ ków (16) i (17) sa polaczone z wyjsciami odpowiadaja¬ cych im iloczynowych ukladów (18) i (19), których 15 20 25 30 35 40 45 50 55 607 63571 8 wejscia poprzez uniwibratory (20) i (25), rózniczkujace uklady (24) i (21) i sprzezony przelacznik (22) sa pola¬ czone z wyjsciem przerzutnika (23), którego wejscie jest polaczone poprzez formujacy uklad (26) z indykatorami (13) polozenia wirnika (10).

3. Silnik wedlug zastrz. 2, znamienny tym, ze jedno wyjscie przerzutnika (23) jest polaczone poprzez sprze¬ zony przelacznik (22) z wezlem (A), który jest polaczony z wejsciem „1" uniwibratora (20) którego wyjscie „0" polaczone jest z wejsciem jednego iloczynowego ukladu (18), ponadto wezel (A) jest polaczony z wejsciem dru¬ giego iloczynowego ukladu (19) poprzez rózniczkujacy uklad (21), podczas gdy drugie wyjscie przerzutnika (23) jest polaczone przez sprzezony przelacznik (22) z wez¬ lem (B) który jest polaczony z wejsciem „1" drugiego uniwibratora (25), którego wyjscie „0" jest polaczone z wejsciem drugiego iloczynowego ukladu (19) i ponadto wezel (B) jest polaczony wyjsciem pierwszego iloczyno- 5 wego ukladu (18) poprzez drugi rózniczkujacy uklad (24), przy czym dodatkowo wezel (A) jest polaczony z wylaczajacym wejsciem (F) elektronicznego przelacznika (16), a wezel (B) jest polaczony z wylaczajacym wej¬ sciem (E) elektronicznego przelacznika (17).

4. Silnik wedlug zastrz. 2, 3 znamienny tym, ze ma regulatory (28) ustalajace szerokosc impulsów uniwi- bratorów (20) i (25), które sa sprzezone mechanicznie dla zapewnienia wspólbieznosci szerokosci impulsów obydwu uniwibratorów. 10KI. 21 di, 39 63571 MKP H 02 k, 29/02KI. 21 di, 39 63571 MKP H 02 k, 29/02 13 -W^ Fig.5KI. 21 di. 39 63571 MKP H 02 k, 29/02 tZa 13 Ha 13 PL PL