RO117883B1

RO117883B1 - Motor cu comutatie electronica, in special pentru pompe

Info

Publication number: RO117883B1
Application number: RO9401551A
Authority: RO
Inventors: Iancu Lungu
Original assignee: Iancu Lungu
Priority date: 1994-09-22
Filing date: 1994-09-22
Publication date: 2002-08-30

Abstract

Inventia se refera la un motor electric de curent continuu, cu comutatie electronica, utilizat, in special pentru actionarea pompelor. Motorul conform inventiei este caracterizat prin aceea ca, bobinajele (112 si 113), de pe jugurile (11), au o lungime de cel putin 50% din lungimea magnetica, activa, a jugurilor (11), si ca jugurile (11) sunt in numar de patru si au forma de U, purtand bobinajele (112), care formeaza, pe o circumferinta circulara, opt poli magnetici (111), intre care se roteste rotorul (12) ce prezinta sase poli aparenti (121), intre care exista niste interstitii nemagnetice (22), polii rotorici (121) fiind uniti intre ei printr-un jug magnetic, circular (123).

Description

Invenția se referă la un motor electric de curent continuu, cu comutație electronică, utilizat, în special, pentru acționarea pompelor.

Este cunoscut de exemplu din prospectul firmei Tasc Drives Ltd., din Anglia, un motor cu comutație electronică, ce are un stator cu opt poli și un rotor ce se rotește în interiorul acestuia, având șase poli.

Fluxul magnetic, ce excită rotorul, trece de la doi poli statorici diametral opuși, prin jumătate din circumferința statorului și apoi diametral prin rotor, deci parcurge un drum considerabil prin juguri de fier ce nu se află în bobinaje, deci în care iau naștere numai pierderi.

De asemenea cererea de brevet germană 2953032-1979 arată un tip de motor cu trei juguri statorice bobinate, separate, din punct de vedere magnetic, între ele.

Datorită faptului că polii statorici sunt dispuși la 120°C și nu diametral opuși, asupra rotorului se produc forțe radiale puternice care duc la uzura prematură a lagărelor.

Problema pe care o rezolvă invenția constă în realizarea unui motor, la care câmpul învârtitor necesar punerii în mișcare a rotorului este produs prin comutația electronică a bobinelor, reducând la minim pierderile.

Motorul de curent continuu cu comutație electronică, conform invenției, are polii jugurilor bobinate și ai rotorului opuși față de axa de rotație a motorului, iar bobinajele de pe juguri au o lungime de cel puțin 50% din lungimea magnetic activă a jugurilor, cel puțin un bobinaj principal fiind legat în serie cu o sursă de curent continuu printr-un tranzistor de putere, comandabil în funcție de poziția polilor rotorici, față de polii jugurilor.

Invenția prezintă următoarele avantaje:

- nu are nevoie de magneți permanenți pentru producerea momentului util de rotație

- construcție simplă și ieftină.

Se dă, în continuare, un exemplu de realizare în legătură cu fig. 1+9 care reprezintă:

- fig. 1, vedere de ansamblu a unui motor conform invenției;

- fig.2, vedere a bobinajelor jugurilor, bobinaje cu sârmă emailată;

- fig.3, vedere de ansamblu a bobinajului principal;

- fig.4, schema circuitului de detectare a poziției rotorului 3;

- fig.5, diagrama semnalului ce apare la ieșirea senzorului Hali;

- fig.6, schema dispozitivului de comandă a bobinajelor;

- fig.7, graficul tensiunii;

- fig.8, ansamblu motor-pompă;

- fig.9, vedere de ansamblu a unui motor, variantă simplificată.

Pentru înțelegerea mai bună a invenției, vom defini aici un sistem de numerotare al reperelor din desene, astfel că cifra de început a reperului desemnează și rolul subgrupei căreia îi aparține acest reper, conform următoarei convenții:

- piesele circuitului electromagnetic motor (cel care creează momentul util de rotație) încep cu cifra 1,

- piesele circuitului electronic de comandă al bobinajelor motorului încep cu cifra 2,

- piesele circuitului de detecție a poziției polilor rotorici față de cei ai jugurilor electromagnetice de excitație, încep cu cifra 3,

- piesele circuitului magnetic de aducere a rotorului într-o poziție inițială de pornire (lipsește în unele cazuri) încep cu cifra 4,

- piesele mecanice de fixare încep cu cifra 5,

- piesele cu rol funcțional ca pompă, respectiv ventilator încep cu cifra 6.

Toate aceste elemente sunt cunoscute, în principiu, în multe variante din stadiul tehnicii și fac obiectul invenției numai prin combinarea lor judicioasă cu circuitul magnetic motor (miezuri de fier și bobinaje), care prezintă elemente esențiale de noutate.

RO 117883 Β1

Circuitul magnetic motor 1 este caracterizat prin aceea că, de partea jugurilor 50 magnetice bobinate (și, pe cât posibil, și pe partea rotorului), se folosesc circuite magnetice (înțelese drept liniile de forță ale fluxului magnetic) cât mai scurte.

O lungime cât mai mare (cel puțin 50% din circuitul magnetic al jugurilor bobinate) se află în interiorul bobinelor străbătute de curent, deci constribuie în mod pozitiv la creeea fluxului magnetic motor. 55 în cazuri optime, se poate ajunge ca bobinele să ocupe până la 90% din lungimea jugurilor 11.

Jugul (sau jugurile) bobinate sunt plasate simetric față de rotor, pentru a nu se obține forțe magnetice radiale, ci numai momente de rotație. Fig.1 arată o vedere de ansamblu a unui motor conform invenției, ca exemplu de realizare nelimitativ. 60

Circuitul magnetic motor 1 este compus din două juguri magnetice orizontale în formă de U, denumite 11X și două juguri magnetice verticale denumite 11Y, cele patru juguri fiind identice.

Fiecare jug are câte doi poli 111 îndreptați către rotor, ce se polarizează nord, respectiv sud când prin bobinajele principale 112 sau secundare 113 circulă curent. 65

Există deci în total opt poli 111, constituind segmente ale unei circumferințe circulare, în interiorul căreia se rotește concentric rotorul 12. Acesta are șase poli 121 separați printrun micîntrefier de polii externi 111, având o suprafață aproximativ corespunzătoare celei a polilor 111, respectiv o lățime aproximativ egală ferestrei dintre cele două brațe ale jugului 11. 70

După cum se vede din fig.1, atunci când patru poli rotorici 121 corespund cu patru poli 111Y ai jugurilor verticale 11Y ceilalți poli exteriori orizontali 111X se află în dreptul interstițiilor 122 dintre polii rotorici 121.

Polii rotorici 121 sunt uniți între ei, printr-un jug magnetic comun, circular 123, astfel că aceste elemente sunt numai parte a pachetului de tole al rotorului 12, constituit din tablă 75 electromagnetică ștanțată, cu formă rotundă crenelată.

Aceste tole sunt fixate pe axul 52 al motorului prin intermediul unei piese elastice 53.

Aceasta este compusă de exemplu din material plastic cu proprietăți elastice și destinată a amortiza vibrațiile rotorului sau de a-i reduce greutatea.

Această piesă 53 poate lipsi atunci când gaura tolelor retorice 12 este presată direct 80 pe axul 52 al motorului.

Jugurile bobinate 11 sunt deasemenea constituite din pachetele de tole în formă de U, grosimea acestora variind în funcție de turația motorului, (frecvența de comutație).

Ca valoare orientativă, atât tolele jugurilor exterioarei 1, cât și cele retorice 12 vor avea o grosime de 0,1 până la 1mm, cele mai subțiri fiind indicate pentru turații înalte (50000 85 min.'¹) și cele mai groase putând fi folosite la turații de cca 500 până la 1000 min'¹.

Ca material pentru jugurile bobinate 11, respectiv pentru cele retorice 12 se recomandă drept soluție economică folosirea tablei silicioase (de transformator).

Pentru jugurile bobinate 11, se poate folosi și tablă cu proprietăți magnetice, preferențiale într-o direcție, fie sub formă de tole U ștanțate (direcția preferențială fiind paralelă 90 cu brațele U-ului), fie sub formă de miezuri bobinate, tăiate și șlefuite (ca la transformatoarele cu tole din banda anizotropîcă)

Această soluție este însă mai scumpă.

Secțiunea miezurilor este în orice caz dreptunghiulară, ceea ce poate crea probleme la bobinare cu sârmă groasă (peste 1mm² secțiune). 95 într-o variantă specială, stratul izolant dintre tolele pachetului are proprietăți elastice, ceea ce conduce la amortizarea vibrațiilor de magnetostricțiune și la rigidizarea pachetului de tole.

RO 117883 Β1

Pe jugurile U se așează bobine (de preferință prefabricate) fiecare miez având cel puțin un bobinaj principal 112.

Aceste bobinaje se pot efectua, în mod obișnuit, cu sârmă emailată bobinată pe o carcasă sau liber (de ex. sârma cu email termocolant), vezi fig.2.

La bobinajul obișnuit cu sârmă (de ex.) bobinajul secundari 13 cu sârmă subțire se poate afla sub bobinajul principal 112 pe un corp de bobină 114.

Conform invenției se preferă însă folosirea unui bobinaj din bandă de cupru (sau aluminiu) izolată sau neizolată.

în acest ultim caz banda de bobinaj principal 112 (vezi fig.3) se flanchează pe o parte cu o bandă de folie izolatoare 115 (de exemplu, din poliester), puțin mai lată decât banda conductoare, astfel încât la marginile benzii metalice de bobinaj să nu se poată ajunge la scurtcircuit între spirele suprapuse în spirală.

O soluție deosebit de favorabilă este realizarea în același timp a bobinajului principal 112 și a bobinajului secundar 113, acesta având secțiunea mai mică.

în acest caz banda bobinajului principal 112 și a celui secundar 113 având aceeași grosime dar lățimi (deci secțiuni diferite) se bobinează paralel la o distanță corespunzătoare una de alta peste aceeași folie izolatoare 115, care are o lățime suficientă.

Efectuarea acestor bobinaje poate împrumuta tehnici cunoscute de la producția de condensatoare și transformatoare, de aceea nu vom intra în detalii privind execuția legăturilor și solidificarea bobinajului fără carcasă.

Câte două din bobinajele descrise în legătură cu fig.2 și 3 se montează culisant pe brațele jugului 111 și se fixează putând fi conectate după necesitate.

Circuitul magnetic motor 1 se compune deci din jugurile bobinate 11 cu câte două miezuri 11X respectiv 11Y, opt bobinaje principale 112 și eventual opt bobinaje secundare 113, precum și rotorul 12.

Considerând separat un jug 11 cu doi poli rotorici 121 împreună cu segmentu dejug circular 123 ce-i unește, la trecerea curentului prin cele două bobine 112 ia naștere un câmp magnetic ce corespunde liniei punctate din fig.1, acesta fiind un circuit magnetic asemănător cu cel al motorului oscilant dintr-un aparat de ras.

Dacă polii rotorici 121 nu corespund cu cei ai jugurilor exterioare 111X (vezi fig.1), considerând jugurile 11X fixe, la trecerea curentului, polii 111X vor atrage patru poli rotorici 112, producând un moment motor prin rotirea rotorului 12 cu un unghi de cca 30°.

Pentru ca aceste mișcări discrete de câte 30° să se transforme într-o mișcare de rotație continuă, este necesar ca aportul succesiv de curent la miezurile bobinate în lungul axelor X și Y să se succeadă într-un ritm corespunzător, care este coordonat de circuitul de detecție a poziției rotorului 3 și transpus în semnale de curent de comandă a bobinelor de către circuitul electronic de comandă a puterii 2.

Circuitul de detectare a poziției rotorului 3, care este menit să dea semnalul de deconectare a bobinelor de pe axa X respectiv de alimentare a celor de pe axa Y la efectuarea unui unghi rotoricde 30° se compune conform fig.4, dintr-un disc magnetic multipolar 32 având șase perechi de poli ce este fixat pe rotor și se deplasează în fața unui senzor Hali 31 care este fix și eventual ajustabil ca poziție în direcția de rotație, pentru găsirea punctului optim de funcționare al motorului, reglajul puterii sau schimbarea sensului de rotație al motorului.

La trecerea succesivă a polilor discului magnetic 32 prin fața senzorului Hali (cu ieșirea digitală) la ieșirea acestuia apare un semnal logic jos sau sus în funcție de poziția rotorului, vezi fig.5.

RO 117883 Β1

Dispozitivul de comandă 2 al bobinajelor 112 și 113 este compus în principal din două tranzistoare de putere (de preferință cu efect de câmp=MOSFET) 21X, 21Y conectate în serie cu bobinajele principale 112X, respectiv 112Y și cu o sursă de curent continuu exterioară motorului, vezi fig.6

Bobinele 112 respectiv 113X (sau Y) ce se află pe miezurile diametral opuse pot fi 150 legate între ele în serie sau în paralel, după cum o cere nivelul de tensiune de lucru a motorului.

Tranzistoarele 21X și 21Y sunt comandate printr-o schemă electronică simplă de către circuitul 3 de detectare a poziției rotorului în contratimp, astfel că atunci când ieșirea detectorului Hali este sus conduce tranzistorul 21X, respectiv 21Y, când ieșirea senzorului 155 Hali este jos.

Bobinele cu miezuri orizontale 11X, respectiv cele cu miezuri verticale 11Y vor fi deci magnetizate alternativ, așa că la polii 111 apare câmp magnetic rotitor ce pune în mișcare rotorul.

Tensiunea pozitivă la punctul de legătură între drena tranzistoarelor 21X, 21Y și 160 bobinele 112X, respectiv 112Y (față de zero-masa) este reprezentată printr-o linie continuă în fig.7; curentul ce trece prin bobinajele principale 112 are datorită efectului inductivității alura liniei punctate din fig.7.

în perioada inițială curentul, deci similar fluxul magnetic cu efect motor, crește încet.

La decuplarea bobinei apare în aceasta o tensiune considerabilă de autoinducție U_a 165 mai mare decât U_n= tensiunea nominală de alimentare a motorului, care constituie energie pierdută și poate conduce la distrugerea tranzistoarelor 21.

Această tensiune de autoinducție dăunătoare U_a poate fi transformată în efect motor util, dacă este condusă în înfășurarea ce urmează a fi conectată succesiv.

După cum se vede din fig.6a, aceasta se realizează cu ajutorul diodelor de cuplaj 22 170 ce conduc supratensiunea pozitivă la deconectarea bobinei 112X în bobina 112Y (sau invers).

Diodele de decuplare 23 împiedică ca tensiunea de autoinducție U_a să fie condusă la borna plus a sursei de tensiune.

Această schemă are însă dezavantajul că închiderea circuitului electric al tensiunii 175 de autoinducție U_a se realizează prin tranzistoarele 21 respectiv prin sursa de curent de alimentare.

Acest dezavantaj poate fi evitat prin utilizarea unor bobinaje secundare 113 aflate pe aceleași juguri 11.

Tensiunea de autoinducție U_a este produsă de înfășurarea 112X (ca generator) și 180 trece în îngășurarea secundară 113Y a miezurilor verticale drept receptor.

Cu ajutorul supratensiunii de autoinducție U_a a bobinei 112X se produce deci un curent util în bobinajele 113Y, deci un flux magnetic în jugurile 11Y pe care sunt înfășurate acestea.

Odată cu stabilirea curentului prin înfășurarea secundară 113Y se aplică însă și 185 tensiunea nominală U_n la bobinajul principal 112Y, fiind; că odată cu blocarea transzistorului 21X începe să conducă 21Y.

Efectele curentului tranzitoriu din bobina 113Y ce are o creștere rapidă (datorită U_a>U_n) și a celui de durată mai lungă, dar cu creștere mai înceată din bobinele principale 112Y se cumulează, ducând la o creșterea efectului motor. 190

Prin succesiunea fenomenelor electromagnetice descrise mai sus rotorul 12 este pus în mișcare în mod continuu, el efectuând o rotație completă după ce fiecare pereche de juguri primește șase impulsuri de comandă.

RO 117883 Β1

195

200

205

210

215

220

225

230

Optimizarea punctului de comutație se poate face practic prin rotirea poziției senzorului Hali 31 față de jugurile 11.

Piesele magnetice și electrice ale motorului pot fi fixate într-un cadru-ramă 5 executat din material plastic sau turnat sub presiune dintr-un aliaj nemagnetic corespunzător, vezi fig.1 și 8.

Acest cadru poate fi executat în variante foarte diferite, în principal însă el are locașuri în care se pun jugurile magnetice 11 și lagărul 54 al axului motor 52.

Tot pe acest cadru 5 (servind și drept radiator) pot fi montate în mod obișnuit tranzistoarele de putere 21, diodele 22 și 23, precum și alte piese electrice (circuit imprimat, senzor Hali 31 etc.) și mecanice.

Tensiunea mai ridicată, necesară comenzii porților tranzistoarelor 21 poate fi culeasă prin integrarea vârfurilor tensiunii de autoinducție U_a.

Esențială și pretenționasă la toleranțe (din pricina întrefierului mic rotor- jug bobinat) este montarea jugurilor 11 care poate fi văzută în fig.1 și 8.

După cum se vede aici, miezurile 11 au pe ambele părți (eventual pe două diametre) decupări sau protuberanțe semicirculare 116 care pot fi înfipte culisant (perpendicular pe planul figurii 1) pe caneluri 55.

Aceste caneluri reprezintă forma negativă a decupărilor susmenționate 116 și sunt parte ale unor blocuri de fixare 56 care se află pe o placă de bază 57.

Miezurile sunt deci fixate radial, aceasta garantând o distanță constantă (deci un întrefier constant) față de rotorul 12.

Capacul de lagăr 58 cu contralagărul 54' fixat radial față de cadrul 5, reține jugurile 11 pentru a nu se putea deplasa axial.

Cu aceste elemente motorul constituie o unitate funcțională.

Funcționare:

Când motorul este legat la sursa de curent cu tensiunea U_n datorită nivelului de semnal sus sau jos la ieșirea senzorului Hali 31, dispozitivul electronic 2 va aplica tensiunea de comandă la poarta unui din tranzistoarele 21, de ex, la 21Y.

Bobinajul 112Y primește curent și atrage rotorul din poziție inițială, conform fig.1, printr-ο rotație cu 30°spre o poziție de coincidență a polilor 111X -121 deci din poziția relativă a polilor față de axa Y se ajunge la aceeași poziție relativă, dar față de axa Y.

înainte de a fi atinsă această poziție, senzorul de poziție al rotorului 3 schimbă starea logică la ieșirea senzorului Hali 31, așa că tranzistorul 21X începe să conducă în timp de 21Y este decuplat.

Fenomenele descrise anterior se repetă ciclic și rotorul de învârte continuu făcând o rotație față de jugurile bobinate 11, după ce fiecare pereche din acestea (X și Y) au primit câte șase impulsuri de curent.

Oprirea sau pornirea motorului se poate face prin punerea la masă a porților tranzistoarelor 21, fără a fi nevoie de a deconecta motorul de la tensiunea de alimentare.

Dacă senzorul Hali de tip digital 31 schimbarea semnalului logic la ieșirea acestuia se produce totdeauna la același unghi relativ al polilor rotorici 21 față de polii 111 ai jugurilor 11, acest unghi fiind numit convențional zero, poate fi necesar în interesul reglării puterii, respectiv a turației motorului, ca acest unghi să fie modificat de ex. cu ±5°.

Aceasta poate fi realizată prin schimbarea mecanică a poziției senzorului Hali, sau prin influențarea punctului de comutație al acestuia cu ajutorul unui câmp magnetic exterior ce modifică (defazează) câmpul magnetic alternativ produs de discul multipolar 32.

235

RO 117883 Β1

Dacă se folosește un senzor Hali analog, la ieșirea acestuia va apare un semnal sinusoidal în locul semnalului dreptunghiular conform fig.5.

Punctul de comutație poate fi schimbat în acest caz față de zero și prin alegea unui punct oarecare al sinusoidei, drept nivel (de tensiune) pentru declanșarea comutației.

Și această sinusoidă se poate defaza însă, după cum s-a amintit înainte, astfel că în acest caz există două posibilități de influențare a unghiului de comutație.

Practic această modificare de câmp magnetic se realizează cu o bobină sau un magnet permanent plasate în apropiere de senzorul Hali, prin bobina circulând un curent quasicontinuu.

Schimbarea sensului de rotație al motorului se poate face printr-o inversare a semnalului logic din fig.5, astfel încât tranzistorul 21X să conducă la semnalul logic sus dat de senzorul Hali în loc ca aceasta să se producă la nivelul jos, sau prin comutarea la un alt senzor Hali decalat față de primul.

Acest tip de motor este deosebit de indicat pentru ventilatoare și pompe, în special pentru cele la care rotorul motorului și al pompei se rotesc împreună într-un lichid.

în acest caz spațiul rotoric va trebui etanșat față de bobinaje, respectiv față de exterior.

Problema principală este aici etanșarea spațiului inelar al întrefierului, întrucât dimensiunea radială a acestuia este de ordinul zecimii de milimetru.

Conform invenției, problema aceasta este rezolvată cu o piesă cilindrică subțire 512 din material nemagnetic (material plastic sau polimer depus în stare lichidă) sau oțel inoxidabil cu proprietăți electrice și magnetice speciale, ca de ex. ale celui de la cilindrii de întrefier ai pompelor cu motor asincron și rotor imersat.

Această piesă cilindrică nu ar rezista ca atare la presiune, dar ea se sprijină pe polii exteriori 111, respectiv pe segmenți din material de umplutură 511 aflați între aceștia, astfel că porțiunile piesei cilindrice 512 ce sunt supuse direct la presiune au doar dimensiuni de zecimi de milimetru, corespunzând interstițiilor dintre polii 111 și segmentele 511.

La aceste dimensiuni pe care se aplică presiunea, chiar și o folie subțire (sub 0,1 mm) poate rezista la zeci de bari.

Un ansamblu motor - pompă conform invenției poate fi construit conform fig.8, după cum urmează:

Pe corpul motor-pompă 5' (executat din material plastic sau metal) se montează din exterior (din stânga) jugurile 11 ce pot fi fixate printr-un inel sau capac de retenție 59.

Interstițiile din spațiul cilindric al rotorului amintite mai înainte se etanșează de ex. cu un lac polimeric, rășina epoxidică etc.

Rotorul 12 cu discul magnetic multipolar 32 fixat pe partea stângă se montează pe axul 52 împreună cu rotorul pompei 62, care se încastrează direct în rotorul 12, deci nu e nevoie ca momentul motor util să fie transmis prin axul 52.

ansamblul se închide cu capacul pompei 63, care centrează și bolțul lagăruluir 6Γ. Nu vom intra în detaliile de construcție ale pompei care sunt cunoscute; direcția de circulație a fluidului este indicată prin săgeți.

Senzorul Hali 31 se află bineînțeles în spațiul exterior (uscat) al pompei, fiind despărțit de discul magnetic multipolar 32 (aflat în spațiul ud rotoric) printr-un perete subțire, rezistent la presiune și care lasă să treacă liniile de forță ale câmpului magnetic al discului 32.

Axul 52' al motorului, respectiv pompei este constituit de ex. dintr-un tub de ceramică în interiorul căruia sunt practicate găuri pentru știfturile de lagăr 54 și 6T.

240

245

250

255

260

265

270

275

280

285

RO 117883 Β1

Acest tip de motor (respectiv pompă) cu principiul simplu de atragere succesivă a polilor rotorici de către poli electromagnetici poate fi executat și cu un alt număr de juguri electromagnetice, de ex. șase sau opt în loc de patru, cu creșterea corespunzătoare a numărului de poli rotorici.

El poate fi deasemenea executat și cu mai multe faze (de ex. trei faze R,S,T) decalate echidistant, deci cu un unghi electric de 120°în loc de 180 ca până acum.

Deasemenea cu adaptarea corespunzătoare a polilor rotorici și a celor electromagnetici se pot utiliza și juguri magnetice cu deschiderea jugului U în direcție axială în loc de tangențială.

Și la acest tip de motor există posibilitatea de a se renunța la senzorul de poziție al rotorului, aceasta implică însă un program electronic mai complicat de pornire și mers în sarcină, după următorul principiu:

- înainte de pornire motorului se trimit prin bobinaje semnale electrice ce vor fi modificate de inductivitatea bobinajului în funcție de poziția rotorului, întrucât poziția rotorului determină reluctanța (inductivitatea) circuitului magnetic ale jugurilor respective.

_ - un sistem de logică electronică compară aceste semnale și discerne poziția rotorului, astfel încât la ieșire a acestui circuit se va produce un semnal de comandă a tranzistorului 21X sau 21Y după caz,

- bobinele aflate în serie cu ttranzistorul comandat primesc tensiune și pun în mișcare rotorul, care se magnetizează prin influență,

- la apropierea polilor rotorului astfel magnetizat spre jugul magnetic ce nu a primit curent, în acesta se induce o tensiune care este detectată de un circuit electronic, ce comandă aplicarea tensiunii nominale a motorului la această fază, astfel că rotorul este atras mai departe.

Aceste ultime fenomene se repetă, astfel că motorul se rotește ca și cum ar fi comandat de un senzor de poziție al rotorului.

Există după pornirea motorului și alte posibilități de autocomutație ca de ex. prin deconectarea unei bobine atunci când curentul ce trece prin ea atinge o valoare maximă sau prestabilită; în regim normal de funcționare al motorului, când o astfel de valoare este atinsă înseamnă că polii rotorici 121 au fost deja atrași de către polii statorici 111 aferenți acestei bobine.

Decuplarea unei bobine (de ex,112X) conduce prin logica electronică la conectarea (eventual după un timp prestabilit) a bobinei succesive, de ex. 112Y.

Comanda ciclică înlănțuită a perechilor de juguri X-Y, X-Y ... sau R S T , R S T ... dacă există trei (sau mai multe) faze poate fi deci comandată prin senzori de poziție a rotorului sau de un parametru motor (curent, tensiune indusă).

în anumite cazuri această comandă ciclică poate fi impusă motorului din exterior, oblingându-l să lucreze forțat la o turație predeterminată. în acest caz, tranzistoarele 21X, 21Y sunt comandate de un semnal produs de un generator exterior motorului.

La acest tip de comandă este indicată utilizarea unui rotor de tip asincron (colivie de veveriță) în locul rotorului descris la fig.1.

Respectând aceleași criterii electromagnetice, acest tip de motor poate fi executat și cu juguri aflate în interiorul unui rotor de tip pahar.

O variantă mai simplă de motor conform invenției este reprezentată în fig.9.

Acest motor are numai două juguri bobinate 11 diametral opuse și un singur tranzistor de putere 21 montat în serie cu bobinajul acestor juguri precum și numai patru poli rotorici 121.

RO 117883 Β1

Schema electrică este conform fig.6a, dar fără elementele X (juguri 11X, bobinaj 112X, tranzistor 21X). Diodele 22 și 23 nu sunt necesare.

Rotorul acestui motor prezintă și doi sau patru magneți 4 de prepoziționare a rotorului în poziția de pornire, corespunzând perioadei de conducție a tranzistorului 21, respectiv poziției de necoincidență a polilor 111 ai jugurilor 11 cu cei rotorici 121.

Acești magneți pot comanda și senzorul Hali 31 pentru detecția poziției rotorului și sunt dimensiuni, respectiv forțe mici în comparație cu forțele electromagnetice exercitate asupra rotorului 12.

Funcționare:

întrucât magneții 4 de prepoziționare sunt atrași sub polii jugurilor 11, rotorul ia poziția descrisă în aliniatul precedent.

Tranzistorul 21 conduce, deci polii 111 ai jugurilor 11 se magnetizează și atrag polii rotorici 121 cei mai apropiați.

Când polii rotorici 121 coincid aproape cu polii exteriori 111, un magnet 4 trece prin fața senzorului Hali 31 și-i schimbă starea logică ceea ce duce la deconectarea bobinajelor.

Rotorul se mișcă mai departe prin inerție până când se ajunge la o poziție relativă a polilor rotorici 121 față de cei ai jugurilor 11 similară cu cea inițială.

Către această poziție, un alt magnet 4 va trece prin fața senzorului Hali 31 și i-i schimbă din nou starea logică, astfel că fenomenele descrise se repetă și motorul lucrează.

Simplificând în continuare se poate construi un motor asemănător celui din fig.9 dar numai cu un jug bobinat în forma de U, având între brațele prelungite ale acestui U segmenți circulari drept polii 111, între care se rotește un rotor cu numai doi poli 121, acesta fiind acționat intermitent de două ori pentru o rotație completă a rotorului, cu unghiuri de moment util de cca 90°, corespunzând la două impulsuri electrice.

în special, pentru nivele de tensiune mai ridicate ale motorului, se pot utiliza în locul tranzistoarelor MOSFET 21 și alte dispozitive semiconductoare precum tiristoare (decuplabile prin impuls pe poartă - GTO -) tranzistoare bipolare etc., schema electrică de comandă (2) fiind adaptată acestora prin metodele cunoscute.

Claims

Revendicări

1. Motor de curent continuu, cu reluctanță, având niște juguri magnetice (11), destinate creării unui flux magnetic pulsator, față de care se rotește un rotor (12) în jurul unui ax (52), rotor ai cărui poli (121) sunt atrași, succesiv, de către polii (111) ai jugurilor magnetice menționate, această atracție fiind comandată de dispozitive electronice, în funcție de poziția relativă a polilor rotorului (121) față de cea a jugurilor magnetice bobinate, cu niște bobinaje (112, 113) și în care polii jugurilor bobinate (11), cât și cei ai rotorului (21) sunt dispuși în perechi, fiind diametral opuși față de axa de rotație (52), cel puțin un bobinaj principal (112) este legat în serie cu o sursă de curent continuu printr-un tranzistor de putere (21) comandabil în funcție de poziția polilor rotorici (121), față de polii (111) ai jugurilor (11), caracterizat prin aceea că bobinajele (112,113) de pe jugurile (11) au o lungime de cel puțin 50% din lungimea activă a jugurilor (11) și că jugurile (11) sunt în număr de patru și au forma de U purtând bobinajele (112) care formează pe o circumferință circulară opt poli magnetici (111), între care se rotește rotorul (12) ce prezintă șase poli aparenți (121), între care există niște interstiții nemagnetice (22), polii rotorici (121) fiind uniți între ei printr-un jug magnetic circular (123).

335

340

345

350

355

360

365

370

375

RO 117883 Β1
2. Motor conform revendicării 1, caracterizat prin aceea că piesele magnetic relevante (11,12) sunt poziționate reciproc prin intermediul unui cadru rigid nemagnetic (5), cu niște segmenți interpolări (511), prezentând niște caneluri (55) ce se încastrează în polii (111) ai jugurilor (11), creând astfel o legătură mecanică rigidă, între acești poli (111) și axul rotorului (52), pe un drum mecanic cât mai scurt, deci rigid.
3. Motor conform revendicării 2, caracterizat prin aceea că rama cadru de fixare (5) încorporează un suport lagăre (54), o placă de bază (57), o semicarcasă pompă (51), niște blocuri fixare (56), constituind astfel un element multifuncțional.
4. Motor conform revendicărilor 1... 3, caracterizat prin aceea că prezintă un spațiu rotoric, etanșat față de mediul exterior, cu ajutorul unei cămăși subțiri de etanșare (512), care poate fi constituită din material plastic, un strat polimeric sau elastomeric, sau dintr-un aliaj metalic cu proprietăți corespunzătoare magnetice sau electrice, această cămașă fiind solicitată la presiune, numai pe porțiuni interstițiale minime, aceasta sprijinindu-se cu majoritatea suprafeței pe polii exteriori (111) și pe umplutura nemagnetică a spațiilor dintre acestea.

-
5. Motor conform revendicărilor 1... 3, caracterizat prin aceea că are unul sau două juguri (111) bobinate, în interiorul cărora se rotește rotorul (12) cu doi, respectiv, patru poli aparenți (121), având niște magneți ajutători de prepoziționare a unui rotor (4) pentru poziția inițială de pornire ce sunt folosiți și pentru a comuta starea unui senzor Hali (31) de sesizare a poziției rotorului.
6. Motor conform revendicărilor 1... 5 caracterizat prin aceea că, între axul rotor (52), respectiv rotorul (12), se interpune o piesă elastică (53).
7. Motor conform revendicărilor 1...6, caracterizat prin aceea că posedă piese magnetizabile (1) executate din tablă magnetică cu direcție de magnetizare preferențială.
8. Motor conform revendicărilor 1 ...7, caracterizat prin aceea că folosește tole unite sau chiar etanșate între ele printr-un adeziv izolant cu proprietăți elastice.
9. Motor conform revendicărilor 1...8, caracterizat prin aceea că prezintă bobine realizate din cel puțin o fâșie din bandă metalică (112,113), înfășurată în spirală, spirele fiind izolate între ele, printr-o folie izolatoare sau un email depus pe această bandă (112,113).
10. Motor conform revendicărilor 1...9, caracterizat prin aceea că prezintă un disc magnetic multipolar (32), solidar cu rotorul (12) ce se rotește în fața unui senzor Hali (31) cu ieșire digitală sau analogică.
11. Motor conform revendicărilor 1...10, caracterizat prin aceea că pornirea și oprirea motorului se poate face fără întreruperea circuitului de alimentare, numai prin acționarea asupra porților semiconductorilor (21).
12. Motor conform revendicărilor 1...11, caracterizat prin aceea că schimbarea sensului de rotație se execută prin inversarea semnalului logic obținut la ieșirea senzorului Hali (31) sau prin comutarea între doi senzori Hali (31) plasați sub unghiuri diferite, față de jugurile (11).
13. Motor conform revendicărilor 1...12, caracterizat prin aceea că reglarea puterii, respectiv a turației motorului, se efectuează prin schimbaea fazei impulsurilor de comandă, aplicate semiconductorilor de putere (21) și că aceasta se poate efectua la nivelul senzorului Hali (31) prin deplasarea acestuia sau prin aplicarea asupra lui a unui câmp magnetic.
14. Motor conform revendicărilor 1...9, caracterizat prin aceea că acționarea sa se bazează pe identificarea inductivităților circuitelor magnetice (1) față de rotor și la deducerea din acestea, prin comparații logice, a poziției rotorului, în vederea comenzii în succesiune corespunzătoare, a porților semiconductorilor (21).

RO 117883 Β1
15. Motor conform revendicărilor 1 ...9, caracterizat prin aceea că oprirea alimentării unui bobinaj (112X) se realizează pe baza unor parametri interni, ca de exemplu, curentul care circulă prin bobină sau prin tensiunea indusă în bobina succesivă (112Y).
16. Motor conform revendicărilor 1...15, caracterizat prin aceea că folosește un rotor asincron de tipul colivie de veveriță la motoarele cu funcție impusă din exterior.