Вентильный электродвигатель с наружным ротором

(51)02 29/06,60 7/00 НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ(71) Заявитель РУП Приборостроительный завод ОПТРОН(72) Авторы Шафранский Валентин Иванович Литовко Владимир Иосифович Шевченко Анатолий Алексеевич Соколовский Валерий Фомич(73) Патентообладатель РУП Приборостроительный завод ОПТРОН(57) 1. Вентильный электродвигатель с наружным ротором, содержащий синхронную машину с числом пар полюсов , инвертор и датчик положения наружного ротора, управляющий инвертором, отличающийся тем, что датчик положения наружного ротора синхронной машины выполнен в виде кольцевого постоянного магнита, установленного соосно с валом на вращающемся подшипниковом щите в магнитопроводящей обойме, намагниченного в аксиальном направлении с тем же числомпар полюсов, и размещенных на неподвижной плате магниточувствительных элементов, одна сторона которых обращена к постоянному магниту, а другая - к магнитопроводящей пластине, расположенной на той же плате. 2. Вентильный электродвигатель с наружным ротором по п. 1, отличающийся тем,что постоянный магнит установлен в немагнитной обойме с ферромагнитным кольцом,примыкающим к его торцу внутри обоймы.(56) 1. Патент 2038985, МПК 6 В 60 К 7/00, Н 02 К 23/00. 2. Патент 2153757, МПК 702 К 29/06, В 60 К 7/00 (прототип). 3. Юферов Ф. Электрические машины автоматических устройств. - М. Высшая школа, 1976. - С. 196. Полезная модель относится к области электрических машин с постоянными магнитами и датчиком положения ротора. Она может быть использована в транспортных средствах малой грузоподъемности (инвалидные коляски, электровелосипеды, подъемники и пр.), а также в других механизмах (конвейеры, деревообрабатывающие станки и пр.). Известен электродвигатель (мотор-колесо) для транспортных средств малой грузоподъемности, в котором вращающаяся часть является наружной. По устройству и принципу действия он представляет собой обращенный коллекторный двигатель 1. Основные его недостатки - сложность конструкции, малая надежность, большие эксплуатационные расходы по уходу за коллектором. Известен вентильный элнектродвигатель, содержащий синхронную машину с наружным ротором, инвертор и датчик положения ротора. На внутренней поверхности ротора,обращенной к статору, установлены радиально намагниченные постоянные магниты с чередующейся полярностью. На наружной поверхности статора, обращенной к ротору, уложена многофазная обмотка, подключенная к сети постоянного тока через инвертор, коммутация которого осуществляется по сигналам датчика положения ротора. Этот датчик содержит электромагнит, размещенный на наружной поверхности статора, и стержни из ферромагнитного материала, расположенные на внутренней поверхности ротора с обеих сторон каждого постоянного магнита 2. Известный вентильный электродвигатель имеет следующие недостатки 1) чувствительный элемент (электромагнит) датчика положения ротора находится в магнитном поле обмотки статора, поэтому под влиянием этого поля датчик дает неточную информацию о положении ротора 2) наличие ферромагнитных стержней с обеих сторон каждого постоянного магнита увеличивает их магнитный поток рассеяния, что приводит к уменьшению полезного магнитного потока. Вращающий момент электрической машины 3 МсФ,где с - коэффициент,Ф - полезный магнитный поток ротора, - магнитодвижущая сила (МДС) обмотки статора, - Ф - максимальный момент, - угол между осями МДС и магнитного потока. В вентильном двигателе за один период происходит в общем случаепереключений 2(коммутаций), а за межкоммутационный период кэлектрических радиан угол изменится от некоторого значения 1 до 2. Среднее значение моментаср 12 ср - среднее значение угла 2 между осями МДС и магнитного потока за межкоммутационный период, то Отсюда следует, что при прочих равных условиях средний момент будет наибольший,еслиср При неточной информации датчика положения ротора условие (5) не выполняется, по этому ср. 2 Таким образом, как видно из (3), перечисленные выше недостатки известного двигателя являются причиной уменьшения его среднего момента в заданном объеме и при заданной МДС. Полезная мощность пропорциональна моменту, а МДС - току и потребляемой мощности. Поэтому эти недостатки приводят к увеличению удельного расхода материалов и к снижению коэффициента полезного действия (КПД). Техническая задача, решаемая полезной моделью, - усовершенствование вентильного электродвигателя для машин и механизмов с двигателем малой мощности (индивидуальные малые транспортные средства, машины и механизмы и пр.) при одновременном увеличении его КПД и уменьшении расхода материалов, повышение надежности и долговечности, что позволяет сократить до минимума эксплуатационные расходы. Технический результат достигается тем, что датчик положения наружного ротора синхронной машины, управляющий инвертором, выполнен в виде кольцеобразного постоянного магнита, установленного соосно с валом на вращающемся подшипниковом щите в магнитопроводящей обойме, и магниточувствительных элементов, размещенных на неподвижной плате. Кольцеобразный постоянный магнит намагничен в аксиальном направлении на то же числопар полюсов, что и синхронная машина. Одна сторона магниточувствительных элементов обращена к постоянному магниту, а другая - к магнитопроводящей пластине, расположенной на той же плате. У кольцеобразного постоянного 360 магнита чередование северного и южного полюсов происходит через каждые геомет 2 рических градусов, как и у синхронной машины, т.к. они имеют одинаковое число пар полюсов . Магниточувствительные элементы находятся вне зоны магнитного поля обмотки статора. Кроме того, они экранированы от случайных помех магнитопроводщей пластиной, которая еще выполняет вторую функцию - вместе с магнитопроводящей обоймой уменьшает магнитное сопротивление, т.е. увеличивает магнитный поток, проходящий через магниточувствительные элементы, в результате чего повышаются чувствительность датчика положения ротора и точность информации о положении ротора. Благодаря этому условие (5) выполняется более точно, а средний момент возрастает. На роторе нет магнитопроводящих элементов между разнополярными полюсами, поэтому их магнитный поток рассеяния меньше, а полезный магнитный поток больше, чем у известного двигателя. Это приводит к увеличению максимального, а также среднего момента и полезной мощности. Таким образом, благодаря увеличению точности датчика положения ротора и уменьшению магнитного потока рассеяния, достигается уменьшение удельного расхода материалов и увеличение КПД. 3 1256 На фиг. 1 изображена конструктивная схема вентильного электродвигателя с наружным ротором, на фиг. 2 - вид сверху, на фиг. 3 - вид сбоку кольцеобразного постоянного магнита в магнитопроводящей обойме. Вентильный электродвигатель содержит наружный ротор 1 и внутренний статор 2. На поверхности ротора 1, обращенной к статору 2, расположеныпар радиально намагниченных постоянных магнитов 3 с чередующейся полярностью. На поверхности статора 2,обращенной к ротору 1, размещена многофазная обмотка 4 с тем же числом парполюсов. Ротор 1 закреплен в подшипниковых щитах 5 и 6 с возможностью вращения на подшипниках 7 и 8 относительно неподвижного вала 9, на который напрессован статор 2 с помощью ступицы 10 или непосредственно. На подшипниковом щите 5 в обойме 11 из магнитопроводящего материала установлен соосно с валом 9 кольцеобразный постоянный магнит 12, намагниченный в аксиальном направлении на то же число пар полюсов, которые имеют статор 2 и ротор 1, или постоянный магнит 12 может быть собран из 2 сегментов с чередующейся полярностью, как показано на фиг. 2. Неподвижно относительно вала 9 установлена плата 13 из электроизоляционного материала, а на ней закреплены магниточувствительные элементы 14, например датчики Холла. Одна сторона магниточувствительных элементов 14 обращена к кольцеобразному постоянному магниту 12, а другая - к магнитопроводящей пластине 15,размещенной на плате 13, на которой расположены также необходимые элементы электроники (на чертеже не показано). Для пропуска проводов к обмотке 4 статора 2 и к плате 13 вал 9 выполнен полым полностью или частично. Выходы магниточувствительных элементов 14 через усилители (на чертеже не показано) соединены с формирователем управляющих сигналов инвертора, к которому подключена обмотка статора 2 (электрическая схема не показана). Вентильный двигатель работает следующим образом. С помощью датчика положения ротора, состоящего из элементов 1115 (фиг. 1), осуществляется позиционный способ управления инвертором (на чертеже не показано), при котором поддерживается определенный угол между осью МДС обмотки статора 2 и осью магнитного потока ротора 1. Благодаря этому ротор 1 развивает момент, мгновенное значение которого определяется уравнением (1), а среднее - уравнением (3). Из (3) видно, что с целью достижения наибольшего среднего момента коммутация ключей инвертора (на чертеже не показано) должна происходить при таких положениях ротора 1, при которых выполняются условия(4) и (5). Точность выполнения этих условий обеспечивается конструкцией датчика положения ротора 1. Магниточувствительные элементы 14 датчика положения ротора 1 находятся вне зоны магнитного поля обмотки 4 статора 2 и экранированы магнитопроводящей пластиной 15. Поэтому их выходной сигнал определяется только магнитным полем кольцеобразного постоянного магнита 12 датчика (на чертеже но показано) положения ротора 1. Так как числопар полюсов постоянного магнита 12 такое же, как у ротора 1, то полярность выходного сигнала магниточувствительных элементов 14 меняется с той же периодичностью 360 геометрических градусов, как и полярность магнитного потока ротора 1. 2 С помощью магнитопроводящих обоймы 11 и пластины 15 магнитное сопротивление для магнитного потока постоянного магнита 12 сильно уменьшается, поэтому магнитный поток, проходящий через магниточувствитальные элементы 14, и крутизна фронта их выходного сигнала увеличиваются. Управляющий сигнал на коммутацию ключей инвертора(на чертеже не показано) формируется, когда выходной сигнал датчика положения ротора 1 достигнет логической единицы. Поэтому увеличение крутизны фронта этого сигнала уменьшает зону нечувствительности датчика положения ротора 1 и увеличивает точность выполнения условий (4) и (5). 4 1256 Как видно из (3), средний момент вентильного двигателя при прочих равных условиях будет тем больше, чем больше полезный магнитный поток ротора 1. Увеличение полезного магнитного потока ротора 1 достигается тем, что между его постоянными магнитами 3 отсутствуют ферромагнитные (магнитопроводящие) стержни, поэтому магнитный поток рассеяния магнитов 3 меньше, а полезный магнитный поток больше, чем у известного вентильного двигателя. Таким образом, в результате повышения точности информации датчика положения ротора 1 и уменьшения магнитного потока рассеяния ротора 1 при таких же, как у известного вентильного электродвигателя, объеме и потребляемой мощности средний момент и полезная площадь заявляемой полезной модели вентильного электродвигателя с наружным ротором больше, т.е. удельный расход материалов меньше, а КПД больше. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.