Многополюсный вентильный электродвигатель

Номер документа 6420170016

РУБРИКА:
6. Патентное дело, изобретательство, рационализаторство

РУБРИКА ГРНТИ:
45.53. Электротехническое оборудование специального назначения

АТРИБУТЫ:
Отрасли: транспорт
Тепловая энергия:
Электрическая энергия:
Виды топлива:
Водные ресурсы:

РЕКВИЗИТЫ:
Вид документа: Патент
Номер: 2597993
Автор (принявший орган): ООО «ПатентВолгаСервис» 410000, г.Саратов, Главпочтамт, а/я 62, Ермишин В.В.; patentvolga@mail.ru (8452) 95-27-36, (8452) 51-09-07
Дата: 20.09.2017
Регион: Саратовская область
Источник информации: http://www.patentvolga.ru

ПОЛНЫЙ ТЕКСТ ДОКУМЕНТА:

 Изобретение относится к области электротехники, а именно к вентильным электродвигателям, и может найти применение в электроприводах различного назначения, в том числе и в качестве тяговых электродвигателей транспортных средств.

 

Многополюсный вентильный электродвигатель (фиг.), содержащий ротор 2 с кратным 4 количеством постоянных магнитов, неявнополюсный статор 1 с количеством полюсов, равным количеству постоянных магнитов на роторе, датчик положения ротора 3, блок управления 4, мостовой коммутатор 5 и микроконтроллер 6. Обмотки полюсов соединяются также однотипно с образованием обмотки статора, в которой обмотки соседних полюсов соединены попарно встречно. Датчик положения выполнен на четырех цифровых датчиках Холла, позволяющих определить две позиции коммутации при приведении ротора в положение для успешного пуска и в процессе работы электродвигателя, а также совпадения осей радиальной симметрии постоянных магнитов ротора и полюсов статора и положения ротора, обеспечивающего успешный пуск электродвигателя в заданном направлении вращения. Технический результат состоит в обеспечении надежного пуска электродвигателя в любом из задаваемых направлений вращения. В основу настоящего изобретения положена задача повышения надежности пуска, увеличения крутящего момента, улучшения динамических характеристик, улучшения технологичности конструкции и расширения области использования вентильного электродвигателя. Поставленная задача решена следующим образом. В многополюсном вентильном электродвигателе, содержащем ротор с четным количеством постоянных магнитов, установленных равномерно по его периферии с чередующейся полярностью, статор с электромагнитами, обеспечивающими создание крутящего момента взаимодействием с постоянными магнитами ротора, датчик положения ротора и средство перекоммутации питания обмоток электромагнитов. Средство перекоммутации питания электромагнитов выполнено в виде мостового полупроводникового коммутатора. Обмотки электромагнитов выполнены насыпными, многосекционными с укладкой секций в пазы магнитопровода статора с образованием его полюсов. При этом количество полюсов на статоре равно количеству полюсов на роторе и кратно 4. Секции обмоток полюсов соединяют согласно и однотипно (последовательно, параллельно или сочетанием упомянутых способов). Обмотки полюсов соединяют также однотипно (одним из упомянутых выше способов) с образованием обмотки статора, в которой обмотки соседних полюсов соединены попарно встречно. Датчик положения ротора выполнен на четырех цифровых датчиках Холла, чувствительные элементы которых закреплены на статоре согласованно с радиальными осями симметрии его полюсов, а задающие элементы - на валу ротора согласованно с радиальными осями симметрии его полюсов. При этом один задающий элемент датчика выполнен с возможностью определения одним из его чувствительных элементов двух позиций коммутации при приведении ротора в положение для успешного пуска, а другим - двух позиций коммутации при работе электродвигателя. Другой задающий элемент датчика положения ротора выполнен с возможностью определения одним из его чувствительных элементов совпадения при вращении осей радиальной симметрии полюсов ротора и статора, а другим - положения ротора, обеспечивающего успешный пуск электродвигателя в любом из направлений вращения. Выход датчика положения ротора соединен с входом блока управления, один выход которого соединен с входом микроконтроллера, выход которого соединен с другим входом блока управления, другой выход блока управления соединен с управляющим входом мостового коммутатора, одна диагональ выхода которого соединена с источником питания, а другая - с обмоткой статора. Задача повышения надежности пуска решена предварительной принудительной выставкой ротора в положение, при котором оси радиальной симметрии постоянных магнитов ротора расположены по центру между полюсами статора. Задача увеличения крутящего момента вентильного электродвигателя решена путем привлечения к его созданию обмоток всех полюсов статора. Задача улучшения динамических характеристик вентильного электродвигателя решена путем аппаратурной реализации процессов коммутации и блокирования «мертвых» положений ротора, а также путем применения для управления частотой вращения ротора только широтно-импульсной модуляции (ШИМ). Задача улучшения технологичности конструкции вентильного электродвигателя решена разработкой нескольких схем соединения секций обмоток полюсов и самих обмоток полюсов, что позволяет в рамках одного технологического процесса выпускать ряд электродвигателей с одинаковыми техническими характеристиками, но рассчитанных на различное напряжение питания (6, 12 или 24 вольта). Задача расширения области использования предлагаемого вентильного электродвигателя решена путем расширения его функциональных возможностей за счет реализации отработки заданного направления вращения, обеспечения широкого диапазона частоты вращения, а также обеспечения возможности торможения и реверса. Техническими результатами, достигаемыми при использовании предлагаемого изобретения, являются: повышение надежности пуска электродвигателя в любом из задаваемых направлений вращения путем принудительной выставки ротора в положение, в котором оси радиальной симметрии его постоянных магнитов расположены по середине между полюсами статора; увеличение момента вращения на роторе путем привлечения к его созданию всех полюсов статора и блокирования мертвых положений ротора; улучшение динамических характеристик электродвигателя путем аппаратурной реализации процесса коммутации питания обмотки статора; улучшение технологичности изготовления путем разработки нескольких схем соединения секций в обмотках полюсов и самих обмоток полюсов, позволяющих в рамках одной конструкции изготавливать типоряд вентильных электродвигателей с питанием от источников постоянного тока с различным напряжением, а также расширение области применения предлагаемого вентильного электродвигателя за счет расширения его функциональных возможностей реализацией режимов торможения и реверса.

Изобретение позволяет:

1) Повысить вероятность успешного пуска в любом из заданных направлений вращения.

2) Осуществлять плавный разгон ротора (форсированный разгон не исключается).

3) Стабилизировать частоту вращения ротора путем формирования микроконтроллером скважности ШИМ по результатам сравнения частоты сигнала по входу «F=4n» с заданным значением.

4) Выполнять торможение ротора с различной интенсивностью путем изменения в ходе работы электродвигателя позиций коммутации на противоположные и изменения скважности сигнала ШИМ.

5) Осуществлять реверс электродвигателя.

6) Расширить область применения вентильного электродвигателя за счет реализации дополнительных функциональных возможностей.

7) Использовать при проектировании и в производстве подходящих размеров магнитопроводы статоров серийно выпускаемых синхронных и асинхронных электрических машин, а также унифицировать технологию изготовления вентильных электродвигателей, рассчитанных на питание от сетей (источников) постоянного тока с различным напряжением.