Вентильный электродвигатель с тахометрическим генератором — SU 1419531 (original) (raw)
СОЮЗ СОВЕТСНИКСОЦИЛЛИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИН14 4 Н 02 К 29/ НИ У.7 УДАРСТВЕННЬ 1 И КОМИТЕТ СССРделлм изОБРетений и ОтнРыти 4 ПИСАНИЕ ИЗОБРАТЕНТУ(56) Авторское свидетельство СССРВ 972634, кл. Н 02 К 29/14, 1980.(54) ЗЕНТИЛЬНЬЙ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЬ СТАХОМЕТРИЧЕСКИМ ГЕНЕРАТОРОМ(57) Изобретение относится к электротехнике, а именно к двигателям с бесконтактной коммутацией, предназначенным для работы в электроприводе с об"ратной связью по частоте вращения.Целью изобретения является умеиьаениегабаритов. Электродвигатель снабкентахогенератором (ТГ) с ротором 4,закрепленным на валу 1 двигателя и1419531 несущим постоянные магниты 12, н неподвижным якорем 15, снабженным якорной обмоткой 17, Переключение обмотки17 якоря ТГ н двигателя осуществляется электронными переключающими устройствами, управляемыми датчиком положения ротора. Ротор 14 ТГ выполненв форме диска, а магнитная ось магнитов 19 параллельна валу 1. Подвижная 1Изобретение относится к электротехнике, в частности к электродвигателям с бесконтактной коммутацией, вентильным электродвигателям (ВД), предназначенным к работе в электро приводе с обратной связью по частоте вращения и снабженных для этого тако- генератором.Целью изобретения являеТся уменьшение габаритов вентильного электродвигателя и упрощение его конструк" ции.На фиг. 1 показан вентильный электродвигатель, общийвид в осевом разрезе; на фиг, 2 - то ае, вид со стороны магниточувствительных элементов;, на Фиг. 3 - вид А на фиг, 2; на фиг.4 - расположение обмотки якоря четырехфазного тахометрического генератора; на фиг. 5 - электрическая схема обмот ток якоря четырехфазного тахометри" ческого генератора мезду собой с переключателями; на фиг. 6 - схематический вид индукции от пары полю сов Я и 3 ротора генератора с распо- ложением магнитных датчиков; сигналы с элементов 27.1-27,4 с выхода магниточувствительных элементов в функции угла поворота ротора; сигналы для переключателей 26.1-26.4, управляющие переключением якорных обмоток тахо" метрического генератора и сигналы .29. 1-29.8, управляющие переключением якорных обмоток двигателя; на фиг.7- ЭДС, индуктированные в фазах обмот ки генератора на фиг. 5; на фиг. 8 электрическая схема силовой части двухфазного тахометрического генератора; на фиг. 9 - схема обмотки якоря двухфазного тахометрического гене 40 ратора; на фиг, 10 - ЭДС, индуктирочасть датчика положения ротора выполнена в виде самого ротора 14 ТГ, взаимодействующего с системой неподвюкных магнитных датчиков 16, предпочтительно элементов Холла. Система датчиков 16 установлена на одной из сторон ротора 14 ТГ, а неподвинаыйякорь 15 - с другой стороны ротора 4.4 з,п. ф-лы, ГЗил. 2ванные на клеммах обмоток двухфазного тахометрического генератора; на фиг. 11 - ротор, образованный кольцевым магнитом и двумя дисками, вид в плане; на фиг. 12 - разрез А-Афиг.11; на фиг. 13 - блок-схема устройства, управляющего переключателями двигателя и тахометрического генератора от датчика положения ротора.На фиг. 1 показаны двигательи тахометрический генератор, функционально и конструктивно совмещенный с датчиком положения ротора, расположенные на одном валу 1. Ротор двига-. теля снабаен четырьмя парами полюсов, а на его якоре расположена многофазная обмотка. Его статор состоит из двух половинок, симметрично распололенных с каждой стороны дискообразного ротора 2, причем каюдый из этих полустаторов состоит из алюминиевых фланцев 3.1 и 3.2 и якорей 4.1 и 4.2, прикрепленных к внутренней стороне фланцев 3.1 и 3.2 соответственно. Оба фланца соединены кольцом 5, образуя коробку. Якорь состоит из кольцевых магнитопроводов 6.1 и 6.2 и обмоток 7.1 и 7.2,при этом оба элемента об" мотки утоплены в пластмассе 8.1 и 8.2, а также из коаксиально встроенных во внутреннее пространство мелщу этими двумя элементами соединительных колец 9. и 9.2, частично утопленных в пластмассу, периферийная зона которых сама утоплена в пластмассе 8.1, 8.2. Образованный таким образом якорь составляет компактную деталь. Пакеты магнитопроводов 6.1 и 6.2 выполнены в виде спирали из магнитной ленты, а якорная обмотка располоаена напротив ротора 2.Соединительные кольца 9, и 9,2разделены на множество изолированныходин от другого сегментов, к концамкоторых подсоединены якорные обмотки7,1 и 7.2, Электрические проводники10.1 н 10,2 соединяют сегменты соеди.нительных колец 9,1 и 9.2 соответственно со схемами электронной коммутации и проходят через каналы 11,1 и11.2, расположенные параллельно осидвигателя во фланцах 3.1 и 3.2 соответственно. Указанные схемы управляются от датчика положения ротора. Обмотка якоря состоит из тридцати двух 15катушек, образующих четыре фазы, управляемые первым электронным переключающим устройством, Каждая иэ якорныхобмоток 7.1 и 7.2 выполнена в вицеобмотки внахлестку, как в обычных 20двигателях постоянного тока.Дисковый ротор 2 состоит из корпуса 12 из синтетической смолы, внутрикоторого имеется утолщение, образующее сердечник. В корпусе 12 утоплены 25восемь постоянных магнитов 13 в форме кольцевого сегмента, каждый встроен, например, в кронштейн иэ углеродистого волокна с гнездами соответствующей формы, причем все это утоплено в синтетической смоле и такимобразом ротор выполнен заодно с сердечником, закрепленным на валу 1 двигателя. В остальном конструкция ротора 2 аналогична констРУкции РотоРа14 тахометрического генератора.Тахометрический генератор содержитротор 14. в форме диска, закрепленныйна валу 1 двигателя, частота вращения которого должна измеряться. С одной стороны этого ротора расположенякорь 15, закрепленный на внутреннейстороне статорного фланца 16, а сдругой стороны ротора 14 установленасистема неподвижных магниточувствительных элементов 16.Якорь 15 состоит из якорной обмотки 17 второго кольцевого сердечника18, причем оба элемента утоплены впластмассе. Образованный таким образом якорь 15 является компактной деталью. Второй кольцевой сердечник 18образован намоткой из магнитной полосы, образуя пакет кольцевой формы,а якорная обмотка 17 расположена напротив ротора 14,Электрические проводники (не показаны ) выводят концы якорной обмотки17 наружу к второму электронному перекдюч,.кщему устройс гя которое управляется датчиком по 1 ожения Ротора,сигнальные элементы котор 1 го являютсясамим ротором 4, который взаимодействует с магниточувствительными элементами 16,Ротор 14 имеет форму плоского диска, расположенного на валу 1 двигателя,и состоит из корпуса пз синтети ческой смолы, внутри котор о имеется утолщение, образующее сердечник.В корпусе утоплены восемь постоянных,магнитов 9 (фиг. 1) в форме кольцевого сегмента, которые встроены, напгчмер, в кронштейн из углероцистоговолокна с гнездами соответствующейформы, причем все это утоплено в синтетической смоле и таким образом ротор выполнен заодно с сердечником,закрепленным на валудвигателя.Магнитная ось постоянных магнитов 19параллельна валу 1 и, следовательно,эти магниты создают магнитные поля,параллельные валу. Толщина постоянныхмагнитов 19, рабочие поверхности полюсов которых свободны с каждой стороны, приблизительно такая же, что итолщина зоны из синтетического материала, который их окружает. Постоянные магниты 19 равномерно распределены по периферии ротора 14 и расположены таким образом, что на каждой изсторон ротора рабочие поверхностиполюсов, следуя друг за другом по окружности, образуют чередующуюся полярность и, таким образом, на каждойстороне ротора имеются равномернораспределенные четыре пары полн сов.Магниточувствительные элементы 16,являющиеся в этом примере элементамиХолла, запрессованы в отверстиях 20изолирующей пластины 21, наклееннойна плоскую сторону первого кольцевого сердечника 22, коаксиального осиротора 14, и закрепленной на статор"ном фланце 231 Кольцевой сердечник22 предпочтительно выполнен из магнитного полосового листа, образующего пакет кольцевой формы, как якорный сердечник 18, для замыкания магнитных полей. Два Фланца 23.1 и 23,2соединены кольцом 24.Обмотка 17 генератора образованачетырьмя обмотками 25.1-25.4, соединенными звездой (фиг, 5). На фиг, 4схематически показано относительноерасположение четырех обмоток, каждаяиз которых состоит из соединенныходна пара полюсов и положение четырех 25 30 40 сдвинутыми по фазе на четверть электрического цикла 90 эл.град. и сохра 5 последовательно четырех отдельныхкатушек. Угол В равен 90 о н соответствует электрическому циклу, т.е. электрическому углу 360 , так как на ро- с торе расположены четыре пары полюсов. Обмотки 25.1, 25,3 и 25.2, 25.4 наложены друг на друга, но намотаны в противоположном направлении и, таким образом, напряжения, индуктированные в обмотках, имеют противоположный знак, соответствующий сдвигу по фазе на электрический угол 180 Обе группы обмоток сдвинуты на 90 эл, град.,т.е, на геометрический угол 22,5 , при этом одна пара магонитных полюсов занимает геометрический угол 90 о. Напряжения, индуктированные в обмотках 25.2-25.4, подаются на выход тахогенератора (фиг;5,точки "+" и Я) посредством последовательных коммутаций переключателей 26.1-26.4.На фиг. 6 схематически показана магниточувствительных элементов 27.127,4, например, элементов Холла. Четыре датчика закреплены на поверхности статора, обращенной к ротору(фиг, 1). Угловое расстояние междудвумя соседними элемен",ами должнобыть равно электрическому углу 45оот.е. .еометрическому углу 11,25 Под двумя полюсами показаны сигналы, поступающие от элементов Холла 27.1-27.4 при прохождении перед нимиполюса от одной пары полюсов. Четыресигнала, управляющие коммутациямипереключателей 26.1-26.4, являютсяпроизводными только от сигналов, подаваемых элементами 27.1 и 27.3, так как следует управлять четырьмя коммутациями на электрический цикл, и сиг"1налы с эпементов 27.1, 27.3,будучи няющими постоянную величину на длинуодного полуцикла 180 эл, град. поэволяют, таким образом, генерироватьчетыре сигнала для переключателей(26.1-26,4), управляющие коммутациейобмоток якоря тахогенератора в течение интервалов 1-1 Ч (фиг. 6), каждый иэ которьм равен электрическому уголу 90 . Индуктированные напряжения 28,1-28.4 (фиг. 7 ) в обмотках 25.125.4 имеют постоянную величину, каждое в интервале 90 эл. град. Когдатахогенератор соединен с восьмиполюс 10 15 20 ным электродвигателем, следует генерировать восемь коммутационных сигналов на электрический цикл н в этом случае эти восемь сигналов 29,1-29.8 формируются путем обработки четырех сигналов с элементов 27,2-27.4.На фиг. 13 показана блок-схема устройства, управляющего коммутацией обмоток якорей двигателя и тахогенератора от датчика положения ротора. Сигналы, подаваемые элементами Холла 27,1-27.4, посылаются в два электронных переключающих устройства 30 и 31, первое нз которых формирует сигналы переключения переключателей 26.1-26,4 якоря тахогенератора, а второе формирует сигналы переключения переключателей 29.1-29.8 якоря двигателя при условии совместимости полюсов двигателя тахогенератора.Так как затруднительно расположить на геометрической дуге 33,75 четыре элемента Холла 27,1-27.4, их располагают как указано на фиг, 4. Четвертый элемент 27.4 располагается на 33,75 о от первого, второй 27.2 - на 101,25 , что соответствует, следовательно, помещоению второй пары полюсов на угол 11,25 . Третий элемент 27.3 располагается на 77,5 от первого и,овозбуждается прохождением полюса пары полюсов и по этой причине сигнал, подаваемый этим элементом, перед использованием инвертируется. Такое расположение четырех элементов является одним из нескольких возможных расположений и зависит от размеров тахогенератора. Другой вариант якорной обмотки тахометрического генератора иэ двух обмоток показан на фиг. 8, Управляя переключением двух клемм каждой иэ обмоток посредством восьми переключателей 31.1-31.4, 32.1-32.4 получают на вьмодных клеммах "+" и "-" генератора четыре индуктированные напряжения, соответствующие напряжениям тахогенератора, обмотка которого состоит нз четырех обмоток, соединенных звездой.Преимущество якоря с двумя обмотками (фиг, 8 ) заключается в том, что каждая обмотка 33.1 и 33.2 имеет больше витков, чем каждая из обмоток251-25.4, что поэволяет увеличить величину соответствующих индуктированных напряжений.На фиг. 9 показано относительное расположение двух обмоток 33, и 33.2, каждая иэ которых состоит из четырех соединенных последовательно отдельных катушек, положение которых соответствует положению обмоток 25.1 и 25,3 якоря, Сигналы, описанные применительно к фигуре 6, являются такими же для этого якоря с единственной разницей, что сигнал для переключателя 26. 1 управляет коммутацией переключателей 31.1, 31,3; для переключателл 26,2 управляет коммутациями переключателей 31.2, 31.4 и так далее. На фиг. 10 показаны индуктированные напряжения, обозначенные так же, как и обмотки 33.1 и 33,2, и обратные напряжения в тех же обмотках со знаком "-", которые получают на клеммах "+" и "-" якоря (фиг. 8), когда замыкают переключатели 31.2-1 31,4 и соответственно переключатели 32.2, 32.4.На фиг. 11 и 12 показан вариант выполнения ротора в виде кольцевого магнита 34, одна боковая сторона которого является северным полюсом, а другая боковая сторона - южным полюсом. На северной боковой стороне размещен металлический диск 35 с диаметром, превышающим диаметр кольцевого магнита 34, при этом периферийный край этого диска, заходящий за магнит, имеет равные вырезы 36. На южной боковой стороне кольцевого магнита 34 размещен второй металлический диск 37 того же размера и формы, что и первый металлический диск 35 и который также имеет по своей периферии равные вырезы 38, в количестве и по размерам соответствующие вырезам первого диска 35, Оба диска установлены на кольцевом магните 34 таким образом, что каждый вырез 36 первого диска 35 находится в интервале между двумя вырезами 38 второго диска 37 без контакта, причем зубцы обоих дисков находятся в одной плоскости симметрии с кольцевым магнитом. Таким образом получают ротор, периферия которого содержит последовательность вырезов 36, 38 с чередующейся полярностью. Формула изобретения 1, Вентнльный электродвигатель с тахометрическим генератором, содержа 1 О 15 20 25 30 35 40 45 50 55 щий ротор, закрепленный на валу элек-. тродвигателя, по крайней мере один расположенный на статоре, неподвижный якорь, на котором размещена обмотка якоря, секции которой соединены с выходом первого электронного переключающего устройства, управляющие цепи которого связаны с выходом датчика положения ротора электродвигателя, и тахометрический генератор, ротор которого совмещен с ротором датчика положения ротора электродвигателя и закреплен на валу электродвигателя, магнщточувствительные элементы, преимущественно элементы Холла, расположены с одной стороны от ротора тахометрического генератора, а неподвижный якорь с обмоткой тахометрического генератора расположены с другой стороны от ротора, число полюсов датчика положения ротора равно числу пар полюсов электродвигателя, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью уменьшения габаритов и упрощения конструкции, ротор датчикаположения выполнен в виде диска, на котором установлены постоянные магниты, магнитные оси которых расположены параллельно валу, а число фаз якорной обмотки электродвигателя пропорционально числу фаз якорной обмотки тахометрического генератора, которая подключена к второму электронному переключающему устройству,2. Электродвигатель по и, 1, о тл и ч а ю щ и й с я тем, что он снабжен изолирующей пластиной и кольцевым сердечником, установленным на фланце статора коаксиально ротору, магниточувствительные элементы .встроены в изолирующую пластину, наклеенную на поверхность кольцевого сердечника, выполненного иэ спирально намотанной магнитопроводящей ленты с изоляционным слоем.3, Электродвигатель по п. 1, о тл и ч а ю щ и й с я тем, что якорная обмотка тахометрического генератора содержит катушки, установленные с взаимным перекрытием, двигатель снабжен вторым кольцевым сердечником, выполненным из спирально намотанной магнитопроводящей ленты с изоляционным слоем и установленным коаксиально оси ротора, а якорная обмотка тахометрического генератора установлена на торцовой стороне второго кольцевого сердечника, обращенной к ротору.4. Электродвигатель по и. 1, о тл и ч а ю щ и й с я тем, что обмотка якоря тахометрического генератора выполнена с числом фаз, равным двум или четырем, число магниточувствительных элементов равно четырем, число пар полюсов электродвигателя и тахометрического генератора равно четырем, а магниточувствительные датчнки выполнены с возмокностьв формирования сигнала длительностью 180 эл.град.5. Электродвигатель по и. 4, о тл и ч а ю а и й с я тем, что магниточувствительные элементы расположены по дуге размером 101,25 геометрических град.