Патент на изобретение №2342764

(54) СИНХРОННЫЙ САМОЗАПУСКАЮЩИЙСЯ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЬ

(57) Реферат:

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано, например, в схемах автоматики, электроприводах бытовых приборов для кухонных комбайнов, реле времени, микронасосов и т.п. Техническим результатом является повышение надежности запуска. Синхронный самозапускающийся электродвигатель содержит цилиндрический ротор в виде диаметрально намагниченного постоянного магнита и статор с двумя обмотками возбуждения от однофазного источника электроэнергии и ступенчатой рабочей поверхностью полюсов. Выводы обмоток возбуждения присоединены к одному из полюсов источника электроэнергии через тиристоры, управляемые датчиком положения ротора (ДПР). Сигнальный элемент ДПР при запуске удален от чувствительных элементов на угловое расстояние, равное углам и – пересечения осей полюсов статора и ротора в фиксированном положении последнего. Угол равен 0,3-0,5 углового расстояния дуги ступени рабочей поверхности статора, образующей с поверхностью ротора минимальный воздушный зазор. Чувствительные элементы ДПР выполнены в виде приемника и излучателя оптопары, между которыми на валу ротора размещен цилиндр с сигнальным элементом в виде плоскости соединения образующих его прозрачного и светонепроницаемого полуцилиндров, или в виде датчиков ЭДС Холла, между которыми на валу ротора размещен постоянный магнит с сигнальным элементом, совпадающим с его нейтральной осью. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к однофазным синхронным самозапускающимся микродвигателям малой мощности с постоянной частотой вращения и может найти широкое применение, например, в схемах автоматики, электроприводах бытовых приборов – кухонные комбайны, реле времени, микронасосы и т.п.

Известен однофазный синхронный самозапускающийся двигатель, включающий статор с магнитопроводом U-образной формы и двумя катушками возбуждения, цилиндрический ротор в виде диаметрально намагниченного постоянного магнита и блокирующее устройство, предназначенное для запуска ротора в определенном направлении (описание к патенту RU 2251783, МПК 7 Н02К 21/02, 2003.08.28).

Известен синхронный самозапускающийся электродвигатель, включающий цилиндрический ротор в виде диаметрально намагниченного постоянного магнита и статор с двумя обмотками возбуждения от однофазного источника электроэнергии и ступенчатой рабочей поверхностью полюсов (описание к патенту RU 2071629, МПК 6 Н02К 21/18, Н02К 1/14, 1992.09.01).

В известных конструкциях электродвигателей решается, главным образом, задача надежной фиксации ротора за счет повышения фиксирующего момента, при этом проблема повышения надежности пуска не решена. Процесс синхронизации в известных устройствах является практически не управляемым. Это снижает надежность и эксплутационные характеристики электродвигателей.

Задача изобретения – создание синхронного однофазного самозапускающегося электродвигателя.

Технический результат от использования изобретения – повышение надежности запуска.

Технический результат достигается тем, что в синхронном самозапускающемся электродвигателе, включающем цилиндрический ротор в виде диаметрально намагниченного постоянного магнита и статор с двумя обмотками возбуждения от однофазного источника электроэнергии и ступенчатой рабочей поверхностью полюсов, выводы обмоток возбуждения присоединены к одному из полюсов источника электроэнергии через тиристоры, управляемые датчиком положения ротора, у которого при запуске сигнальный элемент удален от чувствительных элементов на угловое расстояние, равное углам и – пересечения осей полюсов статора и ротора в фиксированном положении последнего.

Угол устанавливается равным 0,3-0,5 углового расстояния дуги ступени рабочей поверхности статора, образующей с поверхностью ротора минимальный зазор.

Чувствительные элементы датчика положения ротора в электродвигателе могут быть выполнены в виде приемника и излучателя оптопары, между которыми на валу ротора размещен цилиндр с сигнальным элементом в виде плоскости соединения образующих его прозрачного и светонепроницаемого полуцилиндров.

Чувствительные элементы датчика положения ротора могут быть выполнены в виде датчиков ЭДС Холла, между которыми на валу ротора размещен постоянный магнит с сигнальным элементом, совпадающим с его нейтральной осью.

На фиг.1 представлено схематичное изображение синхронного самозапускающегося электродвигателя с магнитопроводом статора U-образной формы с чувствительными элементами в виде оптопары, на фиг.2 – круглой формы с чувствительными элементами в виде датчика ЭДС Холла.

Электродвигатель содержит цилиндрический ротор 1 в виде диаметрально намагничеснного постоянного магнита с полюсами N, S (Вм – ось полюсов ротора), установленный на валу 2 электродвигателя, и статор 3 с двумя обмотками возбуждения 4,5 на магнитопроводе 6 и явно выраженными полюсами 7, 8 (Bc – ось полюсов статора). Рабочая поверхность полюсов 7, 8 статора выполнена ступенчатой, образуя дугами 9, 10 соответственно минимальный ( min) и максимальный ( max) воздушные зазоры с рабочей цилиндрической поверхностью ротора.

Одна пара (не показаны) выводов обмоток 4, 5 соединена в общую точку 11 и присоединена к одному полюсу источника электроэнергии (не показан). Другая пара выводов 12, 13 соответственно обмоток 4, 5 присоединена к второму полюсу источника электроэнергии через тиристоры 14, 15, управляемые датчиком положения ротора (ДПР), у которого при запуске угловое расстояние между чувствительным и сигнальным элементами равно углу пересечения оси полюсов статора Вс и оси полюсов ротора Вм в фиксированном положении последнего. Угол , например, может быть равным 0,3-0,5 углового расстояния дуги 9.

Чувствительные элементы датчика положения ротора могут быть выполнены в виде неподвижно закрепленных приемника 16 и излучателя 17 оптопары, между которыми на валу 2 ротора 1 размещен цилиндр с сигнальным элементом в виде плоскости 18 соединения образующих его прозрачного 19 и светонепроницаемого 20 полуцилиндров.

В конструкции двигателя может использоваться датчик положения ротора с чувствительными элементами в виде датчиков ЭДС Холла 21, 22, между которыми на валу 2 ротора размещается постоянный магнит М с сигнальным элементом 23, совпадающим с его нейтральной осью Вд.

В момент включения двигателя (положение ротора показано на фиг.1) тиристор 15 закрыт, тиристор 14 открыт. Начинается вращение ротора 1 и сигнального элемента 18 против часовой стрелки. При повороте сигнального элемента 18 на угол с чувствительного элемента 16 появляется сигнал на открытие тиристора 15, с чувствительного элемента 17 – на закрытие тиристора 14. При дальнейшем повороте ротора 1 и сигнального элемента 18 на угол – с чувствительного элемента 17 появляется сигнал на открытие тиристора 14 и т.д. Таким образом, обеспечивается максимальный пусковой момент и осуществляется беспрепятственный запуск двигателя. Далее, при достижении импульсами, поступающими с чувствительных элементов, частоты, равной или кратной частоте в сети, двигатель входит в синхронизм.

Аналогично осуществляются запуск и работа электродвигателя при вращении ротора по часовой стрелке, а также в случае использования датчика положения ротора (ДПР) с чувствительными элементами в виде датчиков ЭДС Холла.

Приведенные выше примеры использования датчиков положения ротора в заявляемой конструкции не исчерпывают все возможные варианты. В качестве датчиков положения ротора могут использоваться и другие конструкции, в которых в качестве чувствительных элементов применяются магнитодиоды, магнитосопротивления, радиационные датчики и т.п.

Формула изобретения

1. Синхронный самозапускающийся электродвигатель, включающий цилиндрический ротор в виде диаметрально намагниченного постоянного магнита и статор с двумя обмотками возбуждения от однофазного источника электроэнергии и ступенчатой рабочей поверхностью полюсов, отличающийся тем, что выводы обмоток возбуждения присоединены к одному из полюсов источника электроэнергии через тиристоры, управляемые датчиком положения ротора, у которого в момент включения двигателя сигнальный элемент удален от чувствительных элементов на угловое расстояние, равное углам и – пересечения осей полюсов статора и ротора в фиксированном положении последнего, причем угол устанавливается равным 0,3-0,5 углового расстояния дуги ступени рабочей поверхности статора, образующей с поверхностью ротора минимальный воздушный зазор.

2. Электродвигатель по п.1, отличающийся тем, что чувствительные элементы датчика положения ротора выполнены в виде приемника и излучателя оптопары, между которыми на валу ротора размещен цилиндр с сигнальным элементом в виде плоскости соединения образующих его прозрачного и светонепроницаемого полуцилиндров.

3. Электродвигатель по п.1, отличающийся тем, что чувствительные элементы выполнены в виде датчиков ЭДС Холла, между которыми на валу ротора размещен постоянный магнит с сигнальным элементом, совпадающим с его нейтральной осью.

РИСУНКИ