close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Патент BY10772

код для вставкиСкачать
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ПАТЕНТУ
РЕСПУБЛИКА БЕЛАРУСЬ
(46) 2008.06.30
(12)
(51) МПК (2006)
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР
ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ
СОБСТВЕННОСТИ
(54)
BY (11) 10772
(13) C1
(19)
H 02K 29/06
H 02P 6/00
ПРЕЦИЗИОННЫЙ ДАТЧИК ПОЛОЖЕНИЯ РОТОРА ДЛЯ
ВЕНТИЛЬНЫХ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ
(21) Номер заявки: a 20030804
(22) 2003.08.13
(43) 2005.03.30
(71) Заявитель: Республиканское унитарное предприятие "Приборостроительный завод ОПТРОН" (BY)
(72) Авторы: Шафранский Валентин Иванович; Литовко Владимир Иосифович (BY)
(73) Патентообладатель: Республиканское
унитарное предприятие "Приборостроительный завод ОПТРОН" (BY)
(56) BY 4567 C1, 2002.
BY 4776 C1, 2002.
SU 1617553 A1, 1990.
US 4642496, 1987.
JP 57049386, 1982.
JP 01069250 A, 1989.
DE 3813064 A1, 1989.
BY 10772 C1 2008.06.30
(57)
Прецизионный датчик положения ротора для вентильных электродвигателей, содержащий установленный на роторе в немагнитной обойме кольцевой многополюсный постоянный магнит, намагниченный сегментарно в аксиальном направлении, причем к
обращенному к ротору торцу магнита прикреплено ферромагнитное кольцо, а также закрепленную на статоре плату с ферромагнитным сердечником, на котором расположены
элементы Холла, обращенные рабочей поверхностью к свободному торцу магнита.
Фиг. 1
BY 10772 C1 2008.06.30
Изобретение относится к области электрических машин с датчиком положения ротора. Оно может быть использовано в вентильных электродвигателях.
Известен датчик положения ротора (ДПР), в котором его ротор выполнен в форме диска [1]. На нем размещены постоянные магниты в виде кольцевых сегментов. Эти магниты
расположены так, что рабочие поверхности полюсов, следуя друг за другом по окружности, образуют чередующуюся полярность. Элементы Холла закреплены в отверстиях
изолирующей пластины, установленной на статоре. Основной недостаток этого ДПР - наличие неконтролируемого разброса ширины немагнитных участков между магнитами,
в результате чего невозможно точное позиционирование ротора с помощью элементов
Холла.
Известен ДПР, содержащий кольцевой многополюсный постоянный магнит, закрепленный на роторе, и элементы Холла, установленные на неподвижной плате вблизи одного из торцов постоянного магнита [2]. Постоянный магнит намагничен сегментарно в
аксиальном направлении и размещен в немагнитной обойме для его защиты от разрушения. Каждый элемент Холла расположен на своем миниатюрном ферромагнитном сердечнике в виде стержня. В этом ДПР магнитный поток элемента Холла замыкается в
основном по участкам с большим магнитным сопротивлением, поэтому индукция в нем
сравнительно мала. Следовательно, выходная характеристика (зависимость электродвижущей силы (ЭДС) в элементе Холла от угла поворота ротора) имеет малую крутизну. Так
как сигнал управления формируется при переходе ЭДС через нуль, то возникает зона нечувствительности тем большая, чем меньше крутизна выходной характеристики датчика.
Это является причиной его погрешности.
Техническая задача, решаемая изобретением, - увеличение точности информации датчика положения ротора, что способствует увеличению коэффициента полезного действия
(КПД) и уменьшению удельного расхода материалов электродвигателя.
Технический результат достигается тем, что элементы Холла с одним общим для них
ферромагнитным сердечником, размещенные на неподвижной плате, расположены вблизи
одного из торцов кольцевого многополюсного постоянного магнита, намагниченного сегментарно в аксиальном направлении и закрепленного на роторе. К другому торцу постоянного магнита прикреплено ферромагнитное кольцо. Благодаря этому рабочий
магнитный поток в обеих торцовых частях постоянного магнита проходит по ферромагнитному сердечнику с ничтожно малым магнитным сопротивлением, что приводит к резкому увеличению индукции и крутизны выходной характеристики, следовательно и к
увеличению точности информации ДПР. Этот эффект будет еще большим, если сердечник
для элементов Холла выполнен из материала с прямоугольной петлей гистерезиса.
Общий для элементов Холла ферромагнитный сердечник замыкает на себя постороннее магнитное поле, поэтому он защищает от посторонних помех.
При возрастании точности ДПР увеличивается КПД и уменьшается удельный расход
материалов электродвигателя. Это можно доказать следующим образом.
Вращающий момент электродвигателя [3]
(1)
M = cФFsinθ = Mmsinθ,
где с - коэффициент,
Ф - магнитный поток ротора,
F - магнитодвижущая сила (МДС) статора,
θ - угол между осями МДС и магнитного потока,
Mm = сФF - максимальный момент.
В вентильном двигателе за один период происходит в общем случае t переключений
(коммутаций), а за межкоммутационный период
2π
θк =
t
2
BY 10772 C1 2008.06.30
электрических радиан угол изменяется от некоторого значения θ1 до θ2. Следовательно,
среднее значение момента
θ
θ + θ2
θ − θ2
M 2
M
2M m
M ср = m ∫ sin θdθ = − m (cos θ 2 − cos θ1 ) =
sin 1
sin 1
.
(2)
2
2
θк θ
θк
θк
1
1
Так как θ1-θ2 = θк - межкоммутационный период, а (θ1+θ2) = θср - среднее значение
2
угла θ за межкоммутационный период, то
θ
2M m
M ср =
sin θср sin к .
(3)
2
θк
Отсюда следует, что средний момент будет наибольший, если
θ + θ2 π
θср = 1
= .
(4)
2
2
Это возможно, если
π θ
θ1 = + к ,
2 2
(5)
π θк
θ2 = − .
2 2
При увеличении точности ДПР возрастает точность выполнения (5), следовательно, и
(4). Как видно из (3), в этом случае увеличивается средний момент при неизменных МДС
и магнитном потоке, то есть расход материалов на единицу момента увеличивается. Так
как МДС пропорциональна току двигателя, то потребляемая из сети мощность пропорциональна МДС. Мощность на валу пропорциональна среднему моменту, поэтому его
увеличение благодаря возрастанию точности ДПР приводит к увеличению мощности на
валу при неизменной потребляемой мощности, то есть к увеличению КПД.
На фиг. 1 изображена конструктивная схема ДПР. На фиг. 2 показан вид платы с элементами Холла со стороны постоянного магнита, а на фиг. 3 - вид кольцевого постоянного
магнита со стороны платы для двухполюсного двигателя.
ДПР содержит плату 1 из электроизоляционного материала, закрепленную на статоре,
ферромагнитный сердечник 2 с размещенными на нем элементами Холла 3, обойму 4 из
немагнитного материала, в которой размещены кольцевой многополюсный аксиально намагниченный постоянный магнит 5 и ферромагнитное кольцо 6. Обойма 4 закреплена на
роторе двигателя.
Число полюсов постоянного магнита равно числу полюсов двигателя, число элементов Холла равно числу фаз электродвигателя. Элементы Холла сдвинуты друг относительно друга на 120/р градусов (р - число пар полюсов двигателя). Наиболее
целесообразная форма сердечника 2 - кольцо, выполненное из материала с прямоугольной
петлей гистерезиса или из другого ферромагнитного материала. Ферромагнитный сердечник 2 может быть установлен с другой стороны платы 1, тогда элементы Холла 3 могут
быть наклеены непосредственно на плату 1.
ДПР работает следующим образом. Постоянный магнит 5 вращается вместе с ротором
двигателя, поэтому неподвижные элементы Холла 3 находятся то под северным, то под
южным полюсом постоянного магнита 5. В связи с этим индукция в элементах Холла будет изменяться примерно по синусоидальному закону:
(6)
В = Вmsinpα
где Вm - максимальная индукция, т.е. индукция, когда ось элемента Холла совпадает с
осью полюса,
α - угол поворота ротора в геометрических градусах (радианах),
p - число пар полюсов постоянного магнита.
3
BY 10772 C1 2008.06.30
При этом в элементах Холла 3 наводится электродвижущая сила (ЭДС):
(7)
Е = кВ = кВmsinpα ,
где к - коэффициент пропорциональности.
Когда ЭДС достигнет некоторого значения Ес, датчик срабатывает, выдавая сигнал на
переключение ключей коммутатора. Согласно (7)
(8)
Ес = кВmpαc ,
где αc - угол поворота ротора, соответствующий ЭДС срабатывания Ес.
Как видно из (7) и (8), при α < αс, E < Eс, т.е. датчик имеет зону нечувствительности
геометрических градусов. Из (8) видно, что, чем больше максимальная индукция, тем
меньше зона нечувствительности.
В предлагаемом техническом решении благодаря наличию ферромагнитных сердечников 2 и 6 магнитная цепь для рабочего магнитного потока имеет лишь один участок с
большим магнитным сопротивлением - это небольшой зазор между постоянным магнитом
5 и ферромагнитным сердечником 2. Благодаря этому общее магнитное сопротивление
для рабочего магнитного потока резко уменьшается, индукция в элементах Холла 3 увеличивается, зона нечувствительности уменьшается, то есть точность датчика возрастает.
Кроме того, ферромагнитный сердечник 2 экранирует элементы Холла 3 от внешнего магнитного поля, поэтому практически исключены погрешности от внешнего магнитного поля. В результате увеличения точности улучшаются технико-экономические показатели
вентильного двигателя: увеличивается КПД и уменьшается удельный расход материалов.
Источники информации:
1. А.с. СССР № 1419531, МПК Н 02K 29/08 / Джампиеро Талиенарио // Бюл. изоб.
№ 31. - 1988.
2. Патент РБ № 4567, МПК Н 02K 29/08 / Драпезо А.П. и др. - Опубл. 21.03.2002 (прототип).
3. Юферов Ф.М. Электрические машины автоматических устройств. - М.: Высшая
школа, 1976. - С. 196.
Фиг. 2
Фиг. 3
Национальный центр интеллектуальной собственности.
220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.
4
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
0
Размер файла
413 Кб
Теги
by10772, патент
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа