Электрическая машина со встроенным датчиком положения
Изобретение относится к электротехнике, а точнее к электрическим машинам для бытовой техники, например, для фенов, пылесосов или мотор-компрессоров холодильников. Электрическая машина со встроенным датчиком положения, содержит безобмоточный ротор 1 и статор 2, выполненный с основными 3 и дополнительным 4 полюсами и основными 5 и дополнительной 6 обмоткой, блок управления и источник питания постоянного тока, с которым через переключатель связаны основные 5 и дополнительная 6 обмотки статора 2, при этом дополнительный полюс 4 отделен от магнитопровода статора 2 крепежным элементом 7, выполненным из немагнитного материала.
Полезная модель относится к электротехнике, а точнее к электрическим машинам для бытовой техники, например, для фенов, пылесосов или мотор-компрессоров холодильников.
Известен однофазный синхронный реактивный двигатель, содержащий набранный из пластин сердечник статора с обмоткой в виде двух катушек, образующих одинаковые соседние полюса. Ротор, сердечник которого также набран из пластин, вращается внутри статора. Полюса, разделенные на группы, образуют замкнутые магнитопроводы. Магнитопроводы отдельных полюсов ограничены контурами соседних групп (Европейский патент №0343845, МПКН 02 К 19/06, 1988).
Недостатком данной конструкции, является низкая надежность крепления катушек на полюсе.
Известна электрическая машина (Патент РФ №2040100, МПК Н 02 К 19/06, 1995), содержащая магнитопровод статора, и ротора с зубцами и пазами и неподвижную обмотку, состоящую из двух катушек, расположенных в пазах между соседними полюсами, на магнитопроводе статора выполнен выступ в виде постоянного магнита, расположенный между катушками и вставленный в дополнительный паз.
Недостатком является сложность монтажа конструкции, вызванная необходимостью установки датчика положения ротора за границами магнитопровода статора, что вызывает также увеличение габаритных размеров двигателя.
Однофазный электродвигатель индукторного типа (Патент РФ №2079950, Н 02 К 19/06, 1997), принятый за прототип, содержит безобмоточный ротор и статор, выполненный с основными и дополнительными полюсами и обмотками, блоком управления с датчиком положения ротора и источником питания постоянного тока, с которым через переключатели связана основная обмотка.
Недостатком является сложность монтажа конструкции, которая также вызвана необходимостью установки датчика положения ротора.
Предлагаемое изобретение направлено на уменьшение габаритных размеров и упрощение монтажа.
Поставленная задача достигается тем, что электрическая машина со встроенным датчиком положения содержит безобмоточный ротор и магнитопровод статора, выполненный с основными и дополнительным полюсом и основной и дополнительной обмотками, блок управления и источник питания постоянного тока, с которым через переключатель связаны
основные и дополнительная обмотки статора, а дополнительный полюс отделен от магнитопровода статора крепежным элементом, выполненным из немагнитного материала. Такое размещение дополнительного полюса обеспечивает минимальные взаимоиндуктивные связи между основной и дополнительной обмотками и позволяет использовать дополнительный полюс как для обеспечения стартового положения, а после старта - в качестве индуктивного датчика положения ротора.
Изобретение поясняется: фиг.1 - поперечное сечение электрической машины со встроенным датчиком положения, фиг.2 - схема электронного коммутатора.
Электрическая машина со встроенным датчиком положения, показанная на фиг.1, состоит из безобмоточного ротора 1 и магнитопровода статора 2, выполненного с основными 3 и дополнительным 4 полюсами и основными 5 и дополнительной 6 обмоткой, блок управления и источник питания постоянного тока, с которым через переключатель связаны основные 5 и дополнительная 6 обмотки статора 2, дополнительный полюс 4 отделен от магнитопровода статора 2 крепежным элементом 7 из немагнитного материала.
Электронный коммутатор, показанный на фиг.2, состоит из блока управления (БУ), работающего в зависимости формы тока дополнительной обмотки 6, источника питания (ИП) и фильтрового конденсатора С, инвертора, состоящего из ключей VT1, VT2, VT3 и диодов VD1, VD2 и VD3.
При пуске обмотка 5 обесточена. Ротор устанавливается в стартовое положение синхронизирующим моментом от дополнительного полюса 4, по обмоткам 6 протекает ток при включении ключа VT3. В результате оси зубцов ротора 1 совпадает с осями зубцов возбужденного дополнительного полюса 4. При подаче БУ команды на открытие ключей VT1 и VT2 в обмотке управления 5 начинает протекать ток. При этом ток в обмотке 6 дополнительного полюса 4 понижается в 10-20 раз за счет изменения скважности подаваемого на обмотку 6 напряжения. Ток в обмотке 5 создает магнитное поле, которое за счет сил магнитного тяжения обеспечивает вращающий момент, действующий на зубцы ротора 1. Для обеспечения однонаправленного пуска и вращения ротора дополнительный полюс 4 смещен с оси симметрии статора 2.
Своевременная подача однополярных импульсов напряжения в основную обмотку обеспечивается БУ, который определяет угловое положение ротора по кривой тока в дополнительной обмотке 6. Ток обмотки 6 модулирован основной частотой, равной 
=Z2·n/60 (где n - частота вращения ротора, мин-1; Z2 - число зубцов на роторе) вследствие явновыраженной зубчатости ротора, являющейся причиной изменения индуктивности обмотки 6 при вращении ротора 1. Однозначная зависимость индуктивности обмотки 6 от положения ротора позволяет использовать это для определения углового положения
ротора, в частности положений - "зубец статора-зубец ротора" и - "зубец статора-паз ротора". Сниженный в 10-20 раз ток в обмотке 6 создает в 20-40 раз пониженный уровень электромагнитного момента. Поэтому использование дополнительного полюса в качестве источника информации во время работы двигателя не оказывает заметного влияния на энергетические и моментные характеристики электрической машины.
Удаление дополнительного полюса 4 от магнитопровода статора 2 за счет использования крепежного элемента 7, выполненного из немагнитного материала, обеспечивает уменьшение взаимоиндуктивных связей между основной 5 и дополнительной 6 обмотками и приводит к значительному снижению уровня помех в сигнале дополнительной обмотки от основной обмотки при ее использовании в качестве источника информации для определения углового положения ротора относительно статора. Таким образом, в момент старта ротора дополнительный полюс обеспечивает установку ротора в стартовое положение, а после старта - используется блоком управления в качестве индуктивного датчика положения ротора.
Электрическая машина со встроенным датчиком положения, содержащая безобмоточный ротор и статор, выполненный с основными и дополнительным полюсами и основными и дополнительной обмоткой, блоком управления и источником питания постоянного тока, с которым через переключатель связаны основные и дополнительная обмотки статора, отличающаяся тем, что дополнительный полюс отделен от магнитопровода статора крепежным элементом, выполненным из немагнитного материала.
