Технические науки/3. Отраслевой машиностроение

Никитаева Т.В., Главчев М. Д.

Владимирского государственного университета имени Александра Григорьевича и Николая Григорьевича Столетовых

ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЬ С ПАССИВНЫМ РОТОРОМ

В приборостроении в системах привода применяют различные электродвигатели. Обычно для стабилизации частоты вращения ротора применяют отдельные генераторы, что существенно усложняет привод. Проблема стабилизации значительно сложнее для устройств с автономным электропитанием.

Одним из вариантов решения задачи является совмещение функций элементов электродвигателя и автогенератора в одном устройстве. Предлагаемое решение изображено на рис. 1-3.

Статор электродвигателя выполнен с использованием тонкостенной упругой оболочки 10, которая защемлена на основании 11. На свободном конце оболочки в диаметральных точках с помощью стоек 8 установлены четыре магнитные системы, состоящие из магнитопроводов 7 и постоянных магнитов 6 осевой намагниченности. Магнитные системы совместно с упругой оболочкой образуют высокодобротное колебательное звено. В зазорах магнитных систем соосно оболочке установлена неподвижная бифилярная катушка 9. Катушка охвачена двумя магнитопроводами 5, 12, имеющими зубцы 4, 13. Для исключения экранирования под постоянными магнитами 6 в магнитопроводах 5, 12 имеются окна.

Ротор представляет собой постоянный магнит 16, закрепленный на валу 1 и охваченный двумя магнитопроводами 2, 15 с зубцами 3, 14. Зубцы магнитопроводов ротора и статора имеют одинаковый угловой шаг и в каждой паре

Рис.1 Осевое сечение двигателя

магнитопроводов чередуются. Получается общая зубцовая зона аналогичная зоне шагового электродвигателя.

1-вал; 2,3-магнитопровод ротора и его зубцы; 5,4-магнитопровод статора и его зубцы; 7-магнитопровод системы возбуждения; 8-стойка крепления; 10-упругая оболочка

1-вал; 2,15-магнитопроводы ротора; 3,14 - зубцы ротора; 5,12-магнитопроводы статора; 4,13-зубцы статора; 6,7-постоянные магниты и магнитопровод системы возбуждения; 8-стойка крепления; 9-катушка статора; 10-упругая оболочка; 11-основание; 16-постоянный магнит ротора

Рис.2. Вид А рис.1

Элементы статора – колебательная система, состоящая из оболочки 10 и четырех магнитных систем 7, и неподвижная катушка 9 – совместно с электронной системой возбуждения образуют автогенератор. Система возбуждения (рис.3) построена на транзисторах VT1 и VT2 разной проводимости, но с одинаковыми характеристиками (комплементарная пара, например транзисторы KT814 и KT815). Управляющим сигналом служит ЭДС в одной секции бифилярной катушки 9, назовем эту секцию катушкой освобождения W₀. Вторая секция бифилярной катушки 9, назовем ее катушкой привода W_u , создает переменное магнитное поле статора. Каскад на транзисторах VT1,VT2 образует бустер с нулевым смещением на базы за счет резисторов R1,R2. В частном случае, когда тепловыми токами коллекторных переходов транзисторов можно пренебречь, разделительные конденсаторы C1,C2 и резисторы R1,R2 можно исключить. В этом случае катушка освобождения W₀ должна подкючаться к объединенным базам транзисторов. Конструктивно транзисторы можно разместить на основании 11 внутри оболочки 10. При питании электродвигателя от сети переменного тока предусмотрен блок питания, состоящий из трансформатора Т_р, выпрямительных диодов VD1,VD2 и фильтров L1-С3,L2-C4. Заметим, что частота питающей сети (~U) не влияет на частоту вращения ротора. В автономных приводах вместо блока питания достаточно обеспечить потенциалы +E и –E на коллекторах транзисторов.

Рис.3. Электрическая принципиальная схема системы возбуждения

Работает электродвигатель следующим образом. При колебаниях свободного конца упругой оболочки 10 (в амплитудном положении круговое сечение оболочки принимает форму эллипса) поле магнитных систем 7 индуцирует в катушках W₀ и W_u ЭДС синусоидальной формы. Положительная полуволна ЭДС e₀ в катушке освобождения W₀ открывает транзистор VT1, а отрицательная – транзистор VT2. В результате в катушке привода W_u появится

ток близкий к синусоидальной форме. Поле катушки W_u будет чередовать магнитные полярности (полюса) зубцов 4,13 статора. Взаимодействие магнитных полюсов зубцов 3,14 ротора и зубцов 4,13 статора обеспечит поворот ротора на один шаг зубцовой зоны за один период колебания упругой оболочки.

Таким образом, конструкция электродвигателя предельно проста, а частота вращения ротора не зависит от параметров источника питания.

Литература:

1. Копылов И.П. Электрические машины: Учебник для вузов. – 5-е изд., стер. – М.: Высш. шк., 2006.-607с.

2. Данилов И.А. Общая электротехника с основами электроники: Учеб. пособие. – М.: Высш. шк., 2008.-663с.