RU2563974C1 - Бесколлекторная электрическая машина - Google Patents
Бесколлекторная электрическая машина Download PDFInfo
- Publication number
- RU2563974C1 RU2563974C1 RU2014129152/07A RU2014129152A RU2563974C1 RU 2563974 C1 RU2563974 C1 RU 2563974C1 RU 2014129152/07 A RU2014129152/07 A RU 2014129152/07A RU 2014129152 A RU2014129152 A RU 2014129152A RU 2563974 C1 RU2563974 C1 RU 2563974C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- rotor
- elements
- optocouplers
- switch
- stator
- Prior art date
Links
Abstract
Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в генераторах или двигателях постоянного или переменного тока с бесконтактной коммутацией. Техническим результатом является снижение уровня электрических помех электрической машины. Бесконтактная электрическая машина содержит корпус с размещенным в нем статором с магнитными полюсами, ротор, в пазах которого уложена обмотка, датчик положения ротора (ДПР) и электронный коммутатор. ДПР и электронный коммутатор связаны между собой оптопарой, состоящей из фотодатчиков и светодиодов. Одноименные элементы оптопар подключены по два элемента встречно-параллельно к концам каждой секции обмотки ротора. Два ответных элемента оптопары расположены на геометрической нейтрали относительно магнитных полюсов статора и включены последовательно в электронный коммутатор, размещенный в корпусе машины с возможностью обеспечения согласованного положения с элементами оптопары, размещенными в пазах ротора, при вращении последнего. 3 з.п. ф-лы, 1 ил.
Description
Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в качестве генераторов или двигателей постоянного или переменного тока с бесконтактной коммутацией.
В отличие от электрических машин с щеточно-коллекторным узлом (ЩКУ) в бесколлекторных машинах отсутствуют скользящие электрические контакты, за счет чего в них устранены такие недостатки, как искрение, помехи, износ щеток, плохой теплоотвод якоря и проч.
Электронным аналогом щеточно-коллекторного узла в бесколлекторных электродвигателях постоянного тока является датчик положения ротора и электронный переключатель направления тока в обмотках статора (инвертор) (см. В.В. Хрущев «Электрические машины систем автоматики», Л.: Энергоатомиздат, 1985, С. 136).
Недостатком электродвигателей указанного типа являются пульсации момента на его выходном валу, что ограничивает применение машины, например, в прецизионных следящих системах.
В униполярной машине постоянного тока по патенту RU №2397596, МПК Н02К 23/04, опубл. 20.08.2010, вместо скользящих механоэлектрических контактов используют электропроводящие ремни, которыми опоясаны два электропроводящих диска якоря, вращающиеся в одном направлении относительно постоянных магнитных полей между магнитными полюсами противоположной полярности, силовые линии которых направлены в противоположные стороны.
Недостатком машины является большая трудоемкость ее изготовления и дороговизна. Кроме того, в режимах пуска и торможения, а также при высоких скоростях на электропроводящие устройства действуют не только электромагнитные, но и центробежные, гравитационные силы трения, отрицательно влияющие на работу электрической машины.
Из известных решений наиболее близким аналогом предлагаемого устройства по технической сущности и назначению является бесколлекторная электрическая машина, называемая также вентильной, действие которой основано на вращающемся магнитном поле (см. Микеров А.Г. Управляемые вентильные двигатели малой мощности. Учебное пособие. СПб: СПбЭТУ, 1997. - 64 С.) Вентильный двигатель, выбранный за прототип заявляемой машины, состоит из электромеханической части (синхронной машины и датчика положения ротора) и из управляющей части (микроконтроллера и силового моста). В качестве ДПР используются или датчики Холла или оптоэлектронные датчики, выходной сигнал с которых поступает на коммутатор и обеспечивает его работу в ключевом режиме.
По своим рабочим характеристикам указанные машины являются альтернативой двигателям постоянного тока (ДПТ), но из-за отсутствия ЩКУ имеют более широкую область применения.
Принципиальный недостаток машины заключается в генерации во время работы двигателя обратного электромагнитного поля, создающего электрические помехи. Недостатком также является сложность конструкции машины.
Задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, заключается в снижении уровня электрических помех при одновременном упрощении конструкции электрической машины.
Для достижения указанного технического результата используется следующая совокупность существенных признаков: в бесколлекторной электрической машине, содержащей, так же как и прототип, корпус с размещенным в нем статором с магнитными полюсами, ротор, в пазах которого уложена обмотка, датчик положения ротора (ДПР) и электронный коммутатор,) в отличие от прототипа ДПР и электронный коммутатор связаны между собой с помощью оптопар, состоящих из фотодатчиков и светодиодов, при этом одноименные элементы оптопар подключены по два элемента встречно-параллельно к концам каждой секции обмотки ротора, а два ответных элемента оптопары расположены на геометрической нейтрали относительно магнитных полюсов статора и включены последовательно в электронный коммутатор, размещенный в корпусе машины с возможностью обеспечения согласованного положения с элементами оптопары, размещенными в пазах ротора, при вращении последнего.
Для обеспечения работы машины в режиме двигателя в обмотки ротора включены фотоприемники, например фотодиоды, а в коммутатор - светоизлучатели, например светодиоды или лазерные диоды
Для обеспечения работы машины в режиме генератора в обмотки ротора включены светоизлучатели, например светодиоды или лазерные диоды, а в коммутатор - фотоприемники, например фотодиоды.
Для повышения спектрально-температурной стабильности машины коммутатор дополнительно снабжен оптическим термостабилизирующим фильтром.
Указанная совокупность обеспечивает негальваническую энергетическую связь обмотки вращающегося ротора с коммутатором в моменты совпадения оптических осей движущегося и неподвижного элементов оптопары.
Сопоставление предлагаемого устройства и прототипа показало, что поставленная задача решается в результате новой совокупности признаков, что доказывает соответствие предлагаемого изобретения критерию патентоспособности «новизна».
В свою очередь, проведенный информационный поиск в области электрических машин не выявил отдельных отличительных признаков заявляемого изобретения, что позволяет сделать вывод о его соответствии критерию «изобретательский уровень».
Сущность изобретения поясняется фиг. 1, где представлена функциональная схема предлагаемого устройства.
Устройство содержит корпус 1, на внутренней поверхности которого укреплен статор (магнитные полюсы с обмотками возбуждения (ос), (на фиг. 1 символом «B+» указано направление вектора магнитной индукции). Внутри статора расположен ротор 2 в виде металлического цилиндра с продольными пазами, внутри которых размещена обмотка 3 ( направление ЭДС в нижней ветви обмотки указано символом «e←»). Устройство отличается тем, что к концам каждой секции обмотки ротора 3 подсоединены встречно-параллельно два светодиода 4, 5 в режиме генератора или два фотодиода в режиме двигателя, при этом во внешнюю неподвижную цепь (коммутатор) включены фотодиоды 6, 7 или светодиоды, располагаемые на геометрической нейтрали полюсов машины, в результате чего образуется динамическая мультиэлементная оптопара. В устройство также входят переключатели режимов работы машины - 8, где: 8SAp - переключатель цепи ротора; 8SAc - включатель цепи статора. Позициями 9-13 на фиг. 1 обозначены соответственно нагрузка - 9; источник электроэнергии - 10; вал машины - 11; подшипники 12 в торцевых стенках 13 корпуса 1. В режиме генератора 4, 5 - светоизлучатели, 6, 7 - фотоприемники, 8SAp включен в положение «Г», 8SAc включен; в режиме двигателя 4, 5 - фотоприемники, 6, 7 - светоизлучатели, 8SAp включен в положение «Д», 8SAc включен.
При работе машины в режиме генератора (Г) переключатель 8 включает нагрузку 9 или в режиме двигателя (Д) источник электроэнергии 10. При вращении ротора в моменты совпадения оптических осей движущегося и неподвижного элементов оптопары автоматически обеспечивается негальваническая энергетическая связь обмотки вращающегося ротора с неподвижной внешней цепью (коммутатором). Причем в целях уменьшения потерь светодиоды, фотодиоды и оптические термостабилизирующие фильтры оптопар согласовывают по спектральным, частотным и пространственно-временным характеристикам. Для термостабилизации работы оптопары перед ее неподвижными элементами устанавливают управляемые или неуправляемые оптические термостабилизирующие фильтры. В качестве термостабилизирующего фильтра может быть применено устройство на основе интерферометра Фабри-Перо с неподвижным и подвижным зеркалами, на последнем из которых укреплены равномерно по периметру три пьезоэлектрических элемента (см. Патент RU 2054639). Для защиты от возможных перенапряжений светодиодов и фотодиодов при коммутации секций обмотки якоря могут быть применены известные методы защиты, в частности при кратковременных выбросах тока и небольшом превышении над номинальным значением достаточно использовать механизмы шунтирования (см. С.А. Волошин, С.А. Архипов. Современные оптоэлектронные приборы для силовой электроники. Изд. ЗАО «Протон-Импульс». Электроника: Наука, Технология, Бизнес, 3/2000).
Предлагаемая машина разработана специалистами кафедры «Электротехника и автоматика» ФГБОУ ВПО «Государственный университет морского и речного флота имени адмирала С.О. Макарова» в составе научно-исследовательской работы. Были произведены расчеты, показавшие возможность использования машины в энергосберегающих автоматизированных комплексах.
Благодаря низкому уровню электрических и механических помех предлагаемая бесколлекторная машина может быть использована в малошумящих транспортных, бытовых и измерительно-информационных комплексах. В свою очередь, более простая конструкция машины значительно сокращает ее стоимость, повышает надежность и расширяет область применения.
Изложенное позволяет сделать вывод о соответствии изобретения критерию «промышленная применимость».
Claims (4)
1. Бесколлекторная электрическая машина, содержащая корпус с размещенным в нем статором с магнитными полюсами, ротор, в пазах которого уложена обмотка, датчик положения ротора (ДПР) и электронный коммутатор, отличающаяся тем, что в ней ДПР и электронный коммутатор связаны между собой с помощью оптопар, состоящих из фотодатчиков и светодиодов, при этом одноименные элементы оптопар подключены по два элемента встречно-параллельно к концам каждой секции обмотки ротора, а два ответных элемента оптопары расположены на геометрической нейтрали относительно магнитных полюсов статора и включены последовательно в электронный коммутатор, размещенный в корпусе машины с возможностью обеспечения согласованного положения с элементами оптопары, размещенными в пазах ротора, при вращении последнего.
2. Бесколлекторная электрическая машина по п. 1, отличающаяся тем, что в ней в обмотки ротора включены фотоприемники, например фотодиоды, а в коммутатор - светоизлучатели, например светодиоды или лазерные диоды
3. Бесколлекторная электрическая машина по п. 1, отличающаяся тем, что в ней в обмотки ротора включены светоизлучатели, например светодиоды или лазерные диоды, а в коммутатор - фотоприемники, например фотодиоды.
4. Бесколлекторная электрическая машина по п. 1, отличающаяся тем, что в ней в обмотке ротора коммутатор дополнительно снабжен оптическим термостабилизирующим фильтром.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2014129152/07A RU2563974C1 (ru) | 2014-07-15 | 2014-07-15 | Бесколлекторная электрическая машина |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2014129152/07A RU2563974C1 (ru) | 2014-07-15 | 2014-07-15 | Бесколлекторная электрическая машина |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2563974C1 true RU2563974C1 (ru) | 2015-09-27 |
Family
ID=54250900
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2014129152/07A RU2563974C1 (ru) | 2014-07-15 | 2014-07-15 | Бесколлекторная электрическая машина |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2563974C1 (ru) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2727934C1 (ru) * | 2020-02-19 | 2020-07-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Государственный университет морского и речного флота имени адмирала С.О. Макарова» | Бесколлекторный электродвигатель |
CN116137505A (zh) * | 2023-04-18 | 2023-05-19 | 深圳市浮思特科技有限公司 | 一种无刷直流电机的卡尔曼滤波矢量控制系统及方法 |
RU2799810C1 (ru) * | 2022-03-18 | 2023-07-12 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Дальневосточный государственный университет путей сообщения" (ДВГУПС) | Фотоэлектрический электродвигатель |
Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU1185531A1 (ru) * | 1982-01-20 | 1985-10-15 | Московский Ордена Ленина И Ордена Октябрьской Революции Энергетический Институт | Устройство дл управлени возбуждением электрической машины |
GB2221031A (en) * | 1988-06-21 | 1990-01-24 | Heidelberger Druckmasch Ag | Electrical machine |
RU2015615C1 (ru) * | 1991-02-25 | 1994-06-30 | Радченко Виталий Васильевич | Устройство начального возбуждения генератора переменного тока |
DE69305162T2 (de) * | 1992-05-06 | 1997-04-10 | Yeong Chun Jung | Vorrichtung zur ermittlung der rotorstellung für einen bürstenlosen motor |
RU2129964C1 (ru) * | 1995-06-27 | 1999-05-10 | Валерий Ильич Смирнов | Дисковое универсальное мотор-колесо смирнова |
US7592785B2 (en) * | 2006-05-23 | 2009-09-22 | Denso Corporation | Output control apparatus and method for field winding type dynamo-electric machine |
WO2011086513A1 (en) * | 2010-01-13 | 2011-07-21 | Brusa Elektronik Ag | Control device and method for controlling a separately excited rotor winding of a synchronous machine |
-
2014
- 2014-07-15 RU RU2014129152/07A patent/RU2563974C1/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU1185531A1 (ru) * | 1982-01-20 | 1985-10-15 | Московский Ордена Ленина И Ордена Октябрьской Революции Энергетический Институт | Устройство дл управлени возбуждением электрической машины |
GB2221031A (en) * | 1988-06-21 | 1990-01-24 | Heidelberger Druckmasch Ag | Electrical machine |
RU2015615C1 (ru) * | 1991-02-25 | 1994-06-30 | Радченко Виталий Васильевич | Устройство начального возбуждения генератора переменного тока |
DE69305162T2 (de) * | 1992-05-06 | 1997-04-10 | Yeong Chun Jung | Vorrichtung zur ermittlung der rotorstellung für einen bürstenlosen motor |
RU2129964C1 (ru) * | 1995-06-27 | 1999-05-10 | Валерий Ильич Смирнов | Дисковое универсальное мотор-колесо смирнова |
US7592785B2 (en) * | 2006-05-23 | 2009-09-22 | Denso Corporation | Output control apparatus and method for field winding type dynamo-electric machine |
WO2011086513A1 (en) * | 2010-01-13 | 2011-07-21 | Brusa Elektronik Ag | Control device and method for controlling a separately excited rotor winding of a synchronous machine |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2727934C1 (ru) * | 2020-02-19 | 2020-07-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Государственный университет морского и речного флота имени адмирала С.О. Макарова» | Бесколлекторный электродвигатель |
RU2799810C1 (ru) * | 2022-03-18 | 2023-07-12 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Дальневосточный государственный университет путей сообщения" (ДВГУПС) | Фотоэлектрический электродвигатель |
CN116137505A (zh) * | 2023-04-18 | 2023-05-19 | 深圳市浮思特科技有限公司 | 一种无刷直流电机的卡尔曼滤波矢量控制系统及方法 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
WO2010015819A3 (en) | Micro-stepping reluctance motor | |
CN103216452B (zh) | 排水泵 | |
EP3062426A1 (en) | Single-phase brushless motor | |
CN104124849A (zh) | 排水泵用无刷电动机及排水泵 | |
ATE264561T1 (de) | Synchronmaschine mit rotierenden bürsten | |
RU2563974C1 (ru) | Бесколлекторная электрическая машина | |
EP2592728B1 (en) | Electromagnetic device | |
RU2439769C1 (ru) | Мехатронная система с четырехфазным вентильно-индукторным двигателем | |
RU2374743C1 (ru) | Бесконтактная синхронная машина, имеющая гладкий якорь с беспазовой активной зоной и постоянные магниты на роторе | |
GB201105563D0 (en) | Energy storage system | |
Dwivedi | Speed control of Dc shunt motor with field and armature rheostat control simultaneously | |
CN207868888U (zh) | 自带扭力缓起缓停的无刷直流电动机 | |
KR100758670B1 (ko) | 자기 증폭 엔진 | |
RU2799810C1 (ru) | Фотоэлектрический электродвигатель | |
CN202918165U (zh) | 一种无刷直流电机 | |
RU207384U1 (ru) | Движитель летательного аппарата | |
CN203627251U (zh) | 排水泵 | |
RU216425U1 (ru) | Электронный коммутатор | |
JP2008118839A (ja) | モータ | |
RU2005131321A (ru) | Электрический мотор на постоянных магнитах | |
CN107332381B (zh) | 节能直流变频单相高效电机外绕线组结构 | |
KR20210002341U (ko) | 일종의 삼상전동기회전 방향판단 신호등 | |
DE60321829D1 (de) | Rotierende elektrische maschine | |
CN103840724A (zh) | 一种无刷直流电机及其换向方法 | |
WO2018022029A1 (en) | Electric motor |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20200716 |