PL70107Y1

PL70107Y1 - Brushless motor with optical sensors

Info

Publication number: PL70107Y1
Application number: PL125792U
Authority: PL
Inventors: Zbigniew Goryca
Original assignee: Politechnika Swietokrzyska
Priority date: 2016-11-28
Filing date: 2016-11-28
Publication date: 2018-07-31
Also published as: PL125792U1

Abstract

Bezszczotkowy silnik z czujnikami optycznymi, zawierający wirnik, wewnątrz którego zamocowano magnesy trwałe, stojan z trójpasmowym uzwojeniem, osadzonym w obudowie oraz co najmniej trzy czujniki położenia wirnika względem stojana, charakteryzuje się tym, że czujniki położenia (4) przymocowane są do pokrywy (8) silnika.A brushless motor with optical sensors, comprising a rotor inside which permanent magnets are mounted, a stator with a three-strand winding mounted in a housing and at least three rotor position sensors relative to the stator, characterized in that the position sensors (4) are attached to the cover (8) of the motor.

Description

Opis wzoruPattern description

Przedmiotem wzoru użytkowego jest bezszczotkowy silnik z czujnikami optycznymi, zasilany prądem stałym. Główną zaletą silników bezszczotkowych, w porównaniu z silnikami szczotkowymi, jest dużo wyższa trwałość i niezawodność wynikająca z wyeliminowania z konstrukcji silnika szczotek, będących najczęstszą przyczyną awarii oraz najszybciej zużywającym się elementem mechanicznym silnika. Eliminacja szczotek zapewnia cichszą pracę silnika oraz wyższą sprawność energetyczną. Dodatkowo konstrukcja takich silników umożliwia zastosowanie szczelniejszych obudów, gdyż ciepło z cewek może być odprowadzane bezpośrednio poprzez obudowę, co eliminuje konieczność zapewnienia cyrkulacji powietrza. Kolejną zaletą silników bezszczotkowych jest możliwość kontroli prędkości obrotowej prawie niezależnie od momentu silnika. Główną wadą silników bezszczotkowych jest wyższy koszt ich zastosowania. Wynika on z konieczności zastosowania specjalnych sterowników elektronicznych.The object of the utility model is a brushless motor with optical sensors, powered by direct current. The main advantage of brushless motors, compared to brushed motors, is much higher durability and reliability resulting from the elimination of brushes from the motor structure, which are the most common cause of failure and the fastest wearing mechanical element of the motor. The elimination of brushes ensures quieter motor operation and higher energy efficiency. In addition, the design of such motors allows the use of tighter housings, because the heat from the coils can be dissipated directly through the housing, which eliminates the need to ensure air circulation. Another advantage of brushless motors is the ability to control the speed almost independently of the motor torque. The main disadvantage of brushless motors is the higher cost of their application. It results from the need to use special electronic drivers.

Znane są bezszczotkowe silniki prądu stałego, które wyposażone są w czujniki położenia wirnika względem stojana. Najczęściej stosuje się czujniki Halla lub optyczne czujniki szczelinowe takie jak transoptory. Czujniki Halla reagują na pole magnetyczne wirnika lub pole magnetyczne dodatkowego magnesu umieszczonego na wale silnika zaś optyczne czujniki odbiciowe wymagają precyzyjnego ustawienia tarczy przysłaniającej szczelinę co dotychczas jest możliwe jedynie w przypadku zatrzymanego silnika. Wadą dotychczasowych rozwiązań jest duża wrażliwość na pole magnetyczne pochodzące od prądu płynącego w uzwojeniu silnika lub trudny i pracochłonny proces ustalania położenia tarczy względem czujników. W przypadku dużych wartości prądów w uzwojeniach silnika, na przykład przy nawrocie silnika, czujniki Halla mogą generować dodatkowe impulsy zakłócające pracę sterownika silnika bezszczotkowego. Znane są przypadki zniszczenia sterownika silnika wskutek powstania dodatkowych impulsów w czujnikach Halla. W przypadku zastosowania optycznych czujników szczelinowych niedogodnością jest długi proces ustalania właściwego ich położenia względem tarczy przysłaniającej.Brushless DC motors are known which are equipped with sensors for the position of the rotor in relation to the stator. Hall sensors or optical slit sensors such as optocouplers are most often used. Hall sensors respond to the magnetic field of the rotor or the magnetic field of an additional magnet placed on the motor shaft, while optical reflectance sensors require precise positioning of the disc covering the slot, which so far is only possible when the motor is stopped. The disadvantage of the existing solutions is high sensitivity to the magnetic field resulting from the current flowing in the motor winding or the difficult and time-consuming process of determining the position of the disc in relation to the sensors. In the event of high currents in the motor windings, for example during motor reversal, Hall sensors may generate additional pulses that interfere with the operation of the brushless motor controller. There are known cases of damage to the motor controller due to the creation of additional pulses in Hall sensors. A disadvantage in the case of using optical slotted sensors is the long process of determining their proper position in relation to the masking disc.

Znany jest z publikacji P.381667 bezszczotkowy silnik prądu stałego zawierający wirnik, na którym naklejono magnesy trwałe, stojan z trójpasmowym uzwojeniem osadzonym w obudowie oraz czujniki położenia wirnika względem stojana. Czujniki położenia mają postać transoptorów szczelinowych, zainstalowanych na płytce drukowanej przymocowanej do tarczy łożyskowej. Ze szczelinami transoptorów współpracują wygięte kołowo-walcowe występy obrotowej tarczy osadzonej na wale. Czujniki położenia osłonięte są od otoczenia pokrywą. Przy takim rozwiązaniu niedogodnością jest brak możliwości ustawiania czujników położenia wirnika względem stojana podczas pracy silnika, co znacznie wydłuża czas optymalnego ustawienia.Known from publication P.381667 is a brushless DC motor containing a rotor on which permanent magnets are glued, a stator with a three-band winding embedded in the housing and sensors of the rotor position in relation to the stator. Position sensors are in the form of slotted optocouplers installed on a printed circuit board attached to the bearing plate. The slots of the optocouplers cooperate with bent circular-cylindrical projections of the rotating disk mounted on the shaft. Position sensors are protected from the surroundings with a cover. With such a solution, the inconvenience is the inability to set the rotor position sensors in relation to the stator during motor operation, which significantly extends the time of optimal setting.

Bezszczotkowy silnik z czujnikami optycznymi zawierający wirnik, wewnątrz którego zamocowane są magnesy trwałe, stojan z trójpasmowym uzwojeniem osadzonym w obudowie oraz co najmniej trzy czujniki położenia wirnika względem stojana przymocowane do pokrywy silnika, według wzoru użytkowego charakteryzuje się tym, że pokrywa wraz z czujnikami jest osadzona obrotowo na obudowie silnika, a jej położenie względem obudowy jest stabilizowane podkładkami współpracującymi z rowkiem wykonanym w pokrywie.Brushless motor with optical sensors including a rotor inside which permanent magnets are mounted, a stator with a three-band winding embedded in the housing, and at least three sensors of the rotor position relative to the stator attached to the motor cover, according to the utility model, the cover with the sensors is embedded rotationally on the motor housing, and its position in relation to the housing is stabilized by washers cooperating with a groove made in the cover.

Takie rozwiązanie konstrukcyjne pozwala na optymalne ustawienie pozycji pokrywy wraz z czujnikami położenia wirnika względem stojana podczas pracy silnika. Dzięki temu uzyskano możliwość zmiany położenia czujników w trakcie ruchu silnika, co pozwala na łatwe i szybkie ustalenia właściwego położenia niezbędnego do prawidłowej pracy tego typu silnika. W trakcie sprawdzania i ustalania położenia czujników można łatwo przekręcać je wraz z pokrywą o dowolny kąt i ustalić najlepsze ich położenie.This design solution allows for optimal positioning of the cover along with the rotor position sensors in relation to the stator during motor operation. Thanks to this, it was possible to change the position of the sensors while the engine is moving, which allows easy and quick determination of the correct position necessary for the correct operation of this type of engine. When checking and locating the sensors, you can easily turn them with the cover to any angle and determine the best position.

Przedmiot wzoru użytkowego został pokazany na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia przekrój silnika, fig. 2 - widok pokrywy osłaniającej czujniki położenia oraz widok tarczy z występami, fig. 3 -schemat mocowania pokrywy do obudowy silnika, fig. 4 - widok złożonego silnika, a fig. 5 - szczegół „A” z fig. 4.The object of the utility model is shown in the drawing, in which Fig. 1 shows a cross-section of the engine, Fig. 2 - view of the cover covering the position sensors and view of the disk with protrusions, Fig. 3 - diagram of the cover fixing to the motor housing, Fig. 4 - assembled view and Fig. 5 shows detail "A" of Fig. 4.

Bezszczotkowy silnik prądu stałego zbudowany jest ze stojana 1 z trójpasmowym uzwojeniem oraz z wirnika 2, wewnątrz którego umieszczone są magnesy trwałe 3. Elementy te osadzone są w obudowie 6 silnika wyposażonej w tarczę łożyskową 7. Pokrywa 8 przymocowana jest do obudowy 6 za pomocą podkładek dociskowych 9, dopasowanych kształtem do rowka 10 pokrywy. Do pokrywy 8 przymocowane są trzy czujniki 4 położenia wirnika względem stojana w postaci transoptorów szczelinowych. Na wale wirnika 2 osadzona jest tarcza 5, której występy współpracują ze szczelinami transoptorów podczas pracy silnika. Sygnały z transoptorów stanowią informację o położeniu wirnik a 2 względem stojana 1.The brushless DC motor consists of a stator 1 with a three-band winding and a rotor 2 inside which permanent magnets 3 are placed. These elements are embedded in the motor housing 6 equipped with a bearing plate 7. The cover 8 is attached to the housing 6 by means of pressure washers 9 to match the shape of the groove 10 of the cover. Fastened to the cover 8 are three sensors 4 of the rotor position relative to the stator in the form of slotted optocouplers. A disk 5 is mounted on the rotor shaft 2, the lugs of which cooperate with the optocoupler slots during engine operation. Signals from optocouplers provide information about the position of the rotor a 2 in relation to the stator 1.

Ustawienia położenia pokrywy 8 wraz z transoptorami dokonuje się przy włączonym zasilaniu silnika i obserwacji amperomierza wskazującego wartości pobieranego prądu. Następnie, po poluzowaniu podkładek dociskowych 9, poprzez obrót pokrywy 8, zmienia się jej położenie tak, aby uzyskać optymalne położenie czujników 4 względem tarczy 5 osadzonej na wale wirnika 2, przejawiające się najmniejszym pobieranym prądem przez silnik. Po znalezieniu najlepszego położenia pokrywy 8, stabilizuje się jej pozycję względem obudowy 6 poprzez dokręcenie śrub mocujących podkładki dociskowe 9.The setting of the position of the cover 8 with the optocouplers is made with the motor powered on and the ammeter showing the values of the consumed current is observed. Then, after loosening the pressure washers 9, by turning the cover 8, its position is changed so as to obtain the optimal position of the sensors 4 in relation to the disk 5 mounted on the rotor shaft 2, manifested by the lowest current consumed by the motor. After finding the best position of the cover 8, stabilize its position in relation to the housing 6 by tightening the screws securing the pressure washers 9.

Claims

Protective disclaimer

1. Brushless motor with optical sensors, comprising a rotor inside which permanent magnets are mounted, a stator with a three-band winding embedded in the housing and at least three sensors of the rotor position relative to the stator attached to the motor cover, characterized in that the cover (8) with sensors ( 4) is rotatably mounted on the motor housing (6), and its position in relation to the housing is stabilized by washers (9) cooperating with the groove (10).