Результат интеллектуальной деятельности: БЕСКОНТАКТНЫЙ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЬ ПОСТОЯННОГО ТОКА

Изобретение относится к электротехнике, а именно к области электрических машин с бесконтактной коммутацией якорной обмотки, и может быть использовано в различных системах преобразовательной техники и автоматики.

Известен двигатель постоянного тока с многофазной обмоткой [1], выполненный по четырехлучевой схеме с общей точкой подключения секций обмотки двигателя к одной из шин источника питания.

Недостатками такого двигателя являются его избыточность по меди из-за использования четырехсекционной обмотки, что ведет к увеличению веса и габаритов двигателя и снижению его надежности.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому устройству является бесконтактный электродвигатель постоянного тока [2], принятый за прототип. Он выполнен с коммутацией секций якорной обмотки без взаимного перекрытия через полупроводниковые усилители по сигналам датчика положения ротора, каждый канал которого снабжен двумя гальванически развязанными цепями, а ко входу каждого усилителя подключены последовательно-встречно соединенные цепи соседних по очередности каналов датчика.

К недостаткам прототипа можно отнести необходимость во вторичных источниках напряжения, сложность конструкции (наличие моточных узлов, дросселей, согласующих трансформаторов), что приводит к увеличению веса и габаритов электродвигателя и уменьшению его надежности.

Задачей, на решение которой направлено создание предлагаемого устройства, является повышение технологичности и надежности электродвигателя.

Поставленная задача решается тем, что в бесконтактный электродвигатель постоянного тока, содержащий коммутатор на транзисторных усилителях с выходами для подключения к секциям обмотки электродвигателя, датчик положения ротора, предназначенный для подключения секций обмотки электродвигателя к источнику питания, дополнительно введен логический преобразователь, выходы которого соединены с входами коммутатора, а входы подключены к выходам соответствующих трех логических элементов "ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ", первые входы которых связаны с датчиком положения ротора, а объединенные вторые входы подключены к одному из полюсов вспомогательного источника напряжения. Логический преобразователь выполнен на основе трех инверторов и трех логических элементов "2И-НЕ", "2ИЛИ-НЕ", при этом входы инверторов, соединенные с первыми входами логических элементов "2И-НЕ", "2ИЛИ-НЕ", служат входами логического преобразователя, их вторые входы соединены с выходами соответствующих инверторов, а выходы указанных логических элементов "2И-НЕ", "2ИЛИ-НЕ" служат выходами логического преобразователя. Также предусмотрено, что в бесконтактный электродвигатель постоянного тока может быть дополнительно введен потенциальный узел управления электродвигателем, а логический преобразователь выполнен на основе трех инверторов и трех логических элементов "3И-НЕ", "3ИЛИ-НЕ", при этом входы инверторов, соединенные с первыми входами логических элементов "3И-НЕ", "3ИЛИ-НЕ", служат входами логического преобразователя, их вторые входы соединены с выходами соответствующих инверторов, объединенные третьи входы логических элементов "3И-НЕ", "3ИЛИ-НЕ" подключены к потенциальному узлу управления электродвигателем, а выходы указанных логических элементов служат выходами логического преобразователя.

На фиг. 1 представлена функционально-структурная схема бесконтактного электродвигателя постоянного тока; на фиг.2 приведены эпюры напряжений работы логического преобразователя, выполненного на основе трех инверторов и трех логических элементов "2И-НЕ", ("3И-НЕ"). На фиг.3 приведены эпюры напряжений работы логического преобразователя, выполненного на основе трех инверторов и трех логических элементов "2ИЛИ-НЕ", ("3ИЛИ-НЕ").

Бесконтактный электродвигатель постоянного тока содержит коммутатор 1 на транзисторных усилителях с выходами для подключения к секциям обмотки 2 электродвигателя. Выходы датчика положения ротора 3 связаны с первыми входами соответствующих трех логических элементов "ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ" 4, объединенные вторые входы которых подключены к одному из полюсов вспомогательного источника напряжения 8.

Логический преобразователь 5 выполнен на трех инверторах 6 и трех однотипных логических элементах 7 "2И-НЕ" ("3И-НЕ") или "2ИЛИ-НЕ" ("3ИЛИ-НЕ"). Входы инверторов 6, соединенные с первыми входами однотипных логических элементов 7 "2И-НЕ" ("3И-НЕ") или "2ИЛИ-НЕ" ("3ИЛИ-НЕ"), служат входами логического преобразователя 5 и подключены к соответствующим выходам логических элементов "ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ" 4. Выходы логических элементов 7 "2И-НЕ" ("3И-НЕ") или "2ИЛИ-НЕ" ("3ИЛИ-НЕ"), являющиеся выходами логического преобразователя 5, соединены со входами коммутатора 1.

При использовании в логическом преобразователе 5 логических элементов 7 "3И-НЕ" или "3ИЛИ-НЕ" их объединенные третьи входы подключаются к потенциальному узлу управления электродвигателем 9.

Бесконтактный электродвигатель постоянного тока работает следующим образом.

При включении питания за счет подключения датчиком положения ротора 3 одной из секций обмотки 2 электродвигателя к источнику питания происходит взаимодействие поля статора с магнитным потоком ротора. Вал электродвигателя начинает вращаться. При этом с датчика положения ротора 3 три последовательности импульсов типа меандр V_ДПР1, V_ДПР2, V_ДПР3 длительностью 180 электрических градусов и сдвинутых друг относительно друга на 120 электрических градусов поступают на соответствующие входы логического преобразователя 5. Логический преобразователь 5 формирует три последовательности импульсов типа меандр V₁, V₂, V₃ длительностью 120 электрических градусов, приведенных на фиг.2а, 2б, 3а, 3б и сдвинутых друг относительно друга также на 120 электрических градусов.

На фиг. 2а, 3а приведены эпюры напряжений работы логического преобразователя 5, выполненного на трех инверторах 6 и однотипных трех логических элементах 7 соответственно "2И-НЕ" ("3И-НЕ"), "2ИЛИ-НЕ" ("3ИЛИ-НЕ"), с неинвертированием сигналов датчика положения ротора 3.

На фиг. 2б, 3б приведены эпюры напряжений работы логического преобразователя 5 с инвертированием сигналов датчика положения ротора 3.

При выполнении логического преобразователя 5 на основе трех инверторов 6 и трех однотипных логических элементов 7 "ЗИ-НЕ" или "3ИЛИ-НЕ" их третьи входы объединены и подключены к потенциальному узлу управления электродвигателем 9, обеспечивающему режимы "Работа" или "Стоп".

В соответствии с приведенными на фиг.2а, 2б, 3а, 3б напряжениями V₁, V₂, V₃, действующими на выходах логического преобразователя 5, транзисторными усилителями коммутатора 1 секции обмотки 2 электродвигателя оказываются подключенными к источнику питания в определенной последовательности. При этом ток в секциях обмотки 2 статора, взаимодействуя с магнитным потоком ротора, создает на валу электродвигателя вращающий момент. Ротором производится переключение магнитоуправляемых микросхем датчика положения ротора 3, и, следовательно, транзисторных усилителей коммутатора 1. За счет подключения секций обмотки 2 электродвигателя к источнику питания в определенной последовательности, магнитодвижущая сила статора меняет свое положение и поворачивется в пространстве на угол 120 электрических градусов, обеспечивающий сохранение вращающего момента. При равенстве вращающего момента и сопротивления на валу электродвигателя частота его вращения становится постоянной.

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ
1. Заявка ФРГ 2403432, кл. Н 02 К 29/02, 1975 г.

2. Авторское свидетельство СССР 365780, кл. Н 02 К 29/02, опубл. 08.01.1973, бюл. 6 (прототип).