SU650169A1 - Вентильный электродвигатель - Google Patents

Description

электрической схемы двигател  и повикшНИИ энергетических показателей.

Поставленна  цель достигаетс  тем, что полюса дл  проведени  посто нного потока выполнены в виде примыкающих друг к другу сегментов, полюса переменного потока установлены в пазах, расположенных на границах сегментов, а генератор повышенной частоты содержит неподвижные полупроводниковые элементы и обмотки полюсов дл  проведени  переменного потока .

Обмотки полюсов переменного потока, одинаково расположенных относительно полюсов посто нного потока, объедннены но крайней мере в две группы, все обмотки полюсов каждой группы соединены с одним из неподвижных полупроводниковых элементов .

Статор выполнен из двух частей, расположенных по обе стороны от ротора, а кажда  из частей содержит полюса дл  проведени  посто нного и переменного потока.

Полюса обеих частей статора соединены между собой общим магнитонроводом.

На фиг. 1 показана принципиальна  схема электродвигател ; на фиг. 2 - конструкци  электродвигател  с вращающимс  ротором; на фиг. 3 - схема полупроводникового генератора дл  возбуждени  одного полюса переменного потока; на фит. 4 - схема генератора дл  возбуждени  двух полюсов переменного потока; на фиг. 5, а, б, в даны схемы роторов с диодами в качестве выпр мительных средств; на фиг. 6 приведена схема ротора с двум  транзисторами в качестве выпр мительных средств; на фиг. 7 - схема ротора с симметричным транзистором; на фиг. 8 - схема ротора с симметричным транзистором и последовательным включением роторных обмоток; на фиг. 9 - схема ротора с симметричным транзистором и параллельным соединением роторных обмоток; на фиг. 10 - схема ротора с симметричным транзистором и последовательно-параллельным включением роторных обмоток; на фиг. 11 показан четырехнолюсный электродвигатель с осевым воздушным зазором; на фиг. 12 дано сечение А-А на фиг. И; на фиг. 13 представлен шестиполюсный электродвигатель с радиальным воздушным зазором в разрезе; на фиг. 14 - восьмиполюсный электродвигатель с осевым воздушным- зазором; на фиг. 15 изображена статорна  часть электродвигател ; на фиг. 16 - роторна  плата дл  электродвигател  по фиг. 14; на фиг. 17 - вариант электродвигател , показанного на фиг. 14.

Между двум  полюсами 1 и 2 посто нного магнита (фиг. 1) разной пол рности Л/ и S находитс  полюс 3 неременного потока . Генератор 4 неременного напр жени  св зан с его катушкой 5. Над полюсами 1, 2, 3 находитс  катушка 6, соединенна  с

выпр мителем 7. Катушка 6 расположена над одним полюсом посто нного магнита и по меньшей мере частично над полюсом 3 переменного потока. При изменении ею пол рности в катушке индуцируетс  переменный ток, один полупериод которого подавл етс . Этот ток в катушке 6 создает посто нное поле, которое приводит в движение катушку 6 в направлении, показанном на фиг. 1 стрелкой 8 пока момент, созданный током в катушке 9, не станет нродолжать это движение.

Дл  получени  непрерывного движени  достаточно трех полюсов и последовательно расположенных катушек на роторе, св занных с выпр мител ми. Приводные катушки не об зательно должны кажда  иметь свой отдельный выпр митель. К одному выпр мителю могут быть подключены

группы катушек, так что достаточно двух вьшр мителей, подключенных параллельно к двум параллельно включенным нротивоноложным катушкам ротора или последовательно двум последовательно включенным катушкам.

Однополупериодный ток, наведенный потоком полюса 10 (фиг. 2) всегда протекает в двух противоположных катушках 11 и 12 ротора через выпр митель 13 и в катушках

14, 15 через выпр митель 16, так что обе катушки создают привод щий момент, взаимодейству  с нолюсами 17-20 носто нного потока. В противоположность известным конструкци м, полюса переменного потока

должны быть расположены не между всеми полюсами посто нных магнитов, так как при этом возникали бы моменты противоположного знака. Кроме показанного полюса 10 переменного потока дл  того же напавлени  вращени  быть иснользован еще только один полюс неременного

потока, наход щийс  между посто нными

полюсами 19 и 20.

Если имеютс  полюса переменного потока между другими полюсами посто нного потока получаетс  противоположный момент и противоположное направление вращени , так как фаза переменного напр жени  на полюсах переменного потока не

вли ет на знак момента, а вли ет только положение полюсов переменного потока между полюсами посто нного потока. Это позвол ет осуществл ть простое регулирование и управление направленным вращением за счет переключени  полюсов неременного потока. Частота переменного напр жени  свободно выбиратьс  из соображений повышени  КПД и не требует изменени  в процессе работы.

Дл  работы электродвигател  достаточно одного нолюса переменного потока (фиг. 2), однако выгодно иметь еще один полюс переменного потока.по диагонали от первого, так как при этом лучше компепсируетс  асимметри  обмоток и получаетс  более равномерный вращающий момент. Из тех же соображений, а также потому, что это обеспечивает пуск пз самого невыгодного положени , целесообразно на роторе предусматривать по две системы приводных катушек, смещенных на половину угла, занимаемого одной системой. Эта втора  система катушек дает максимальный момент, когда в первый системе момент минимальный. Дл  самых простых электродвигателей втора  система не  вл етс  непременным условием, потому что несимметри  при изготовлении достаточна дл  того, чтобы и с одной системой катущек иметь достаточный момент дл  трогани  без нагрузки.

Дл  полюсов переменного потока пригоден простой генератор повышенной частоты , построенный как генератор синусоиды с током, пропорциональным нагрузке. Пример схемы генератора показан на фиг. 3. При включении питани  через транзистор 21 течет ток благодар  резистору 22, который из катушки 23 в цепи коллектора передаетс  в катушку 24, определ ющую частоту . Емкостный делитель напр жени , состо щий из малого конденсатора 25 и конденсатора 26 большей емкости, подает часть напр жени  с колебательного контура на базу транзистора 21, который запираетс , пока вновь по вившийс  базовый ток не вызовет повторени  всего процесса. Ферритовый сердечник 27, на котором памотаны катушки 23 и 24, образует полюс переменной пол рности. Отобранна  от него энерги  определ ет ток следующего процесса изменени  пол рности, откуда и получаетс  ток, завис щий от нагрузки. Конденсатор 28, определ ющий частоту, задает важную с точки зрени  КПД скорость перезар да.

Когда полюса переменной пол рности расположены так, как описано выше, то чтобы получить одно направление вращени , их можно питать от одного и того же генератора. (Пример запитки второго полюса 29 показан на фиг. 4).

Нар ду с простыми схемами генераторов могут использоватьс  также двухтактные схемы, однако они не дают преимуществ по КПД. Это особенно справедливо, когда регулирование скорости производитс  регулированием параметров генератора. Оно может производитьс , например, посредством изменени  сопротивлени  резистора между базой транзистора 21 и его эмиттером , причем ток потреблени  от источника уменьшаетс  почти пропорционально уменьшению отбираемого переменного тока. В противоположность обычному регулированию электродвигателей посто нного тока КПД при этом остаетс  посто нно высоким .

При отсутствии регулировани  ток потреблени  от источника проиорционален нагрузке, так что на холостом ходу потребл етс  очень мала  энерги . Это важно при использовании двигател  в приборах с батарейным питанием, в которых от двигател  полна  мощность требуетс  в большинстве случаев только при разгоне.

Такнм же способом, как регулироваине скорости, можно получить регулирование по положению в электродвигателе, рассчитанном на оба направлени  вращени , с очень точной установкой вплоть до останова электродвигател . Эта возмол ность схемно отражена на фиг. 4. Если один генератор (фиг. 4) используетс  дл  пр мого хода, а второй дл  обратного, то устагювочный потенциометр 30 может быть также заменен мостовой схемой с датчиками задаваемого и фактического значени . Если движок стоит посередине или соответственно мост сбалансирован, то на приводные катущки двигател  в обоих направлени х действуют одинаковые моменты, что позвол ет получить точную остановку или тормол ение в нужном положении.

Возможно также дискретное управление при переключении переключател  31. В качестве переключател  31 может использоватьс  и электронный переключатель, и логические элементы. Дл  днскретного регулировани  оборотов достаточно было бы половины переключател  31, котора  закорачивала бы промежуток эмиттер-база транзистора 21 накоротко или через добавочное сопротнвленпе.

Разница между схемами генераторов фиг. 4 состоит в различном подключении добавочного полюса 29 переменного потока . В одном из них делитс  только катущка 24, а в другом катущка 23 также состоит из двух частей. Возможны также другие схемы соединени , например разделение только катушек св зи, последовательное соединенпе катущек или смешанное последовательно-параллельное . При этом только надо обеспечивать св зь дл  получени  достаточного переменного наир женн  дл  соответствующих условий передачи.

Соединение приводных катущек ротора с выпр мительными средствами может осуществл тьс  по-разному и зависит от числа полюсов, катушек, выпр мителей и от их типа и свойств.

Па фиг. 5,0, бив показаны три основные схемы с диодами. В варианте 5, а кажда 

приводна  катушка 32 имеет свой диод 33, в варианте 5, б диод 33 включен параллельно двум катущкам 32 и 34, из которых только приводна  катушка 32 взаимодействует с генераторной катушкой 35. Незапитанна  приводна  катущка представл ет дл  переменного тока высокое индуктивное сопротивление. Так же действуют последовательно соединенные приводные катущкп 32, 34, и варианте 5, в. Св занна  здесь с

генераторной катушкой 35 приводна  катушка 34 молсет проводить ток только в направлении проводимости диода 33, ток протекает и через вторую приводную катушку 32. Она представл ет собой нагрузочное сопротивление и действует в данный момент так, как в известных конструкци х действуют приводные катушкп, запптанные от отдельной катушки св зи. Возможно совместное соединение по две катушкп.

В схеме ротора двухполюсного двигател  по фпг. 6 в качестве выпр мительных средств используютс  два транзистора 36, 37, включенных антипараллельно. Из приводных катушек 32, 34 катушка 34 в данный момент св зана с генераторной катушкой 35. Во врем  одного полупериода транзистор 36 имеет напр жение на базе, делающее его провод ш,им, п получаетс  полупериод проводимости тока через обе прпводные катушки п переход коллектор- эмиттер транзистора 36. При св зи катушки 32 получаетс  противоположное направление тока через катушки и транзистор 37. Добавочна  катушка 38 создает сдвиг фазы , обеспечпваюш,ий оптимальное врем  открытого состо ни  и за счет этого лучший КПД. Резистор 39 ограничивает ток базы до допустимого значени .

На фиг. 7 показана така  же схема только с использованием двухпол рного симметричного транзистора 40 вместо обоих раздельных транзисторов 36 и 37.

В многополюсных двигател х на одной роторной плате могут находитьс  несколько схем по фиг. 6 или фиг. 7. Однако и здесь несколько катушек (две или более) могут быть соединены последовательно (фиг. 8) или параллельно (фиг. 9), комбинированно параллельно-последовательно (фиг. 10) совместно с одним транзистором 40, или антипараллельпой парой транзисторов 36, 37. В зависимости от выбранных параметров элементов получаютс  несколько различаюш,иес  КПД. При схемах роторов по фиг. 9 и 10 легко, как показано, генераторными катушками 35 и 35 возбуждать сразу несколько приводных катушек одновременно, что благотворно сказываетс  на св зи и КПД.

Дл  лучшего различени  последовательности приводных катушек па роторной плате эти катушки на фиг. 8-10 от 41 до 48 имеют такие номера, что их последовательность идет по окружности. В соответствии со своим расположением они должны быть так включены относительно соседних посто нных полюсов, чтобы получалось одно направление враш.ени . Как последовательные , так и параллельпые схемы включени  могут примен тьс  таким же образом и при большом количестве полюсов машины.

На фиг. И, 12 представлен четырехполюсный двигатель, ротор которого св зан с валом 49. В кожухе 50 из любого, но предпочтительно магнитопровод ш;его материала , например из жести, находитс  оксиднокерамический кольцевой магнит 51 с двум  парами полюсов. В выемках этого кольцевого магнита 51,наход ш,ихс на границах между полюсами, расположены в качестве полюсов переменной пол рности катушки с ферритовыми сердечниками 52-55 на достаточном рассто нии от кожуха 50. Выполнение кожуха 50 квадратной формы

оставл ет в его углах достаточно места дл  размешени  элементов генераторов, которые показапы в виде блоков 56. Внутренн   поверхность 57 кольцевого магнита 51 оставл ет достаточно места дл  подшипников 58, выпр мительных средств 59 и при необходимости тахогенераторов 60 п подобных устройств.

На фиг. 13 показано, как используетс  внутреннее пространство 57 и обеспечиваетс  замыкание магнитных цепей и как размеш ,ены блоки 56 элементов генераторов. Катушки с ферритовыми сердечниками 52, 54 имеют детали 61, замыкающие магнитную цепь. Дл  повышени  КПД выгодно

размещать генераторные катушки по возможности ближе к роторной плате 62, иначе при высоких частотах пол  рассе ни  имеют вредное вли ние на действенную передачу эпергии в приводные катушки.

Как внутренн   часть 63, так и наружна  часть 64 статора состоит из магнитопровод щего материала. Обе части могут быть, например, спрессовапы из феррпта. На выступах 65 внутренней части 63 намотаны

генераторные катушки. Во внутреннем пространстве 66 могут, кроме подшипников, располагатьс  генераторы. Генераторные катушки могут таклсе размещатьс  на выступах 67 внешней части 64, если это не

встречает трудностей из-за очень малых размеров мотора. Приводные катушки наход тс  на роторном кольце 68, которое вращаетс  в подшипниках по кра м. В промежутках обеих частей статора 63, 64 заложены магнитные сегменты 69 и оксидокерамики с радиальным намагничиванием. . Возможность изготовлени  всего мотора прессованием, литьем, литьем под давлепием , спеканием и нодобной технологией

может вместе с нрименением интегральных схем и построением с осевым рабочим зазором привести к значительному снижению затрат на производство дл  высококачественных двигателей. (Такие моторы показаны на фиг. 14-17).

Корпус электродвигател  (фиг. 14) образуетс  чашкой 70 и крышкой 71 из ферритового материала. Могут быть также использованы две одинаковые чашки, лини 

Claims (4)

1. раздела которых лежит в середине их осевого размера. В чашку 70 вставлено оксиднокерамическое магнитное кольцо 72. Оно может держатьс  за счет магнитного действи , может быть запрессовано или вклеено или укреплено любым способом. В выемках 73 магнитного кольца 72 наход тс  ферритовые сердечники 74, выполненные за одно целое с чашкой 70 или вставленные и укрепленные любым снособом. Они заканчиваютс  на одном уровне с поверхностью магнитного кольца 72 и несут генераторные обмотки 75, которые также заканчиваютс  на уровне поверхности. Чашка 70 и крышка 71 имеют в центрах подшипники 76 дл  оси ротора 77. Роторна  шейка 78 имеет в районе оси в области, свободной от магнитного кольца 72, выпр мительные средства 79. В остальном свободном пространстве показан еш;е один блок с элементами 80, который может содержать элементы генераторов и тахогенератор. На фиг. 15 показан восьмиполюсный электродвигатель, вид сверху на чашку 70 с магнитным кольцом 72 при сн той крышке 71 и роторе 77, 78, 79. Генераторные катушки дл  разных направлений вращени  замаркированы точками или крестами в середине . При другом количестве полюсов форма устройства сохран етс , и всегда полюса переменной пол рности, наход ш,иес  на переходе от северного к южному посто нному полюсу служат дл  вращени  в одну сторону, а полюса переменной пол рности на переходе от южного к северному полюсу посто нных магнитов при том же направлении обхода служат дл  вращени  в обратную сторону. Обычно примен етс  по два полюса переменной пол рности дл  каждого направлени  вращени . Такое их количество достаточно дл  любого числа при условии, что используетс  соответствующа  схема ротора. На фиг. 16 представлен ротор дл  восьмиполюсного электродвигател . Способ намотки выбран произвольно, и может выполн тьс  известными способами. Приводные катушки 81 так расположены н  плате 78 ротора, что перекрещивани  имеют место вне эффективиой площади действи  полюсов (в показанном способе намотки только в свободной средней части). Если перекрещивани  попадают на наружный край, то можно часть обмоток утопить в углублении между магнитным кольцом 72 и чашкой 70. Выпр мительные средства 79 расположены в средней части ротора, вокруг оси 77. Дл  лучшей балансировки и жесткости они могут быть там залиты. На фиг. 17 показан улучшенный вариант электродвигател , который за счет двойного статора имеет лучшее замыкание магнитной цепи и меньшие потери на рассеивание. По возможности выполн ют две одинаковые части, так что весь статор требует всего два-три инструмента дл  , лить  под давлением, прессовки или отливки. Дл  ротора , кроме намоточного устройства дл  катушек роторной платы 78, еще требуетс  комбинированное устройство дл  монтажа, заправки углов и креплени  i5oTOpa. В качестве оси 77 и подшипников 76 могут использоватьс  стандартные части. Чтобы дать возможность обработки всей обращенной к ротору поверхности статора, например , методами плоской щлифовки, предуслчотрено промеж точное кольцо 82 между чашками 70 корпуса. Оно также может  вл тьс  частью одной из чащек, если предусмотреть соответствующий вкладыш в инструмент , или обеих чащек 70. Дл  двигателей с невысокими требовани ми к точности воздушного зазора можно обе чашки изготовл ть с выемками посредине, и чашки соедин ть кольцом, или осевыми винтамн , или склеиваг1ием. Обработки резанием можно избежать вовсе и производить моторы с высокими качествами. Известные способы и варианты также  вл ютс  применимы . . Формула изобретени  1.Вентильный электродвигатель, содержаший немагнитный ротор с обмоткой, секции которой соединены с силовыми и управл ющими цеп ми установленных на нем полупроводниковых элементов, и статор с равномерно распределенными полюсами посто нного магнитного потока и расположенными между ними полюсами переменного магнитного потока, обмотки которых соединены с неподвижными полупроводниковыми элементами генератора повышенной частоты, отличающийс  тем, что, с целью упрощени  электрической схемы и повышенн  энергетических показателей, полюса дл  проведени  посто нного потока выполнены в виде примыкающих друг к другу сегментов, полюса переменного потока установлены в пазах, расположенных на границах сегментов, а генератор повыщенной частоты содержит неподвижные полупроводниковые элементы и обмотки полюсов переменного потока.
2. 2.Электродвигатель по п. 1, отличающ и и с   тем, что обмотки полюсов переменного потока, одинаково расположенных относительно полюсов посто нного потока, объединены по крайней мере в две группы, все обдютки полюсов группы соедипены с одним из неподвижных полупроводниковых элементов.
3. 3.Электродвигатель по пп. 1, 2, отличающийс  тем, что статор выполнен в виде двух частей, расположенных по обе стороны от ротора, а кажда  из частей со11 держит полюса посто нного и переменного потоков.
4. 4. Электродвигатель по пп. 1, 2 и 3, отличающийс  тем, что полюса обеих частей статора соединены между собой об-5 щим магнитопроводом,

   fOui. 1

   12

   Т7

   ipat. 2 Источники информации, прин тые во впимание при экспертизе 1. Патент ФРГ № 1268262, кл. 39, 1965. 2. Патент ФРГ № 1265277, кл, 2Id 39, 1962,

   22

   21127

   m

   гб

   Л|СТ

   л с п

   11.1 J3

   32

   J7

   J5

   .7

   35

   1 43

   40

   3S 33

   r-

   . S 55 I

   /риг S

   38ЗЭ xp«,;г-4:- -- ЧД - s

   vS

   (риг. a:

   se

   54

   r riJirMf Э СП Щ- i

   --Й-- i ////A 1 I I i -. /A

   - 5f

   - ss

   CPUiJZ

   77

   7а 73

   y////////////f////

   7J .

   Vv/VV у у

   77/7//-//VA

   70

   77 да72

   Ti If

   fi/j. /

   ipui.lS

   э

   ,

   ; U

   7f50

   Tf

   fpiit.n