Датчик положения ротора биротативного вентильного электродвигателя

 

ДАТЧИК ПОЛОЖЕНИЯ POt. ТОРА БИРОТАТИВНОХЭ ВЕНТИЛЬНОГО аЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ, соцержащий рсггор с сщгвалЕЬВЫмв эпементами, выпопаевкымн в шспе магшггопровоцов, Рона.вэ поверхностей которых выпопнана зубчатой, щжмыкаюших с двух . сторон к аксиально намагниченному посто5шному магниту, магниточувствительные элементы, связанные со статором , и замыкатель магнитного потока , отпичающийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей, замыкатель укреплен с возможностью перемещения относительно магниточувствительных элементов и ротора и выполнен в виде магнитопровоцов , оцна из пов хностей кажцого из которых, обращенная к зубчатой поверхности магнитопровода сигнальных элементов ротора, выполнена также зубчатой, зубцы разны магнитопроводов замыкателя смещены на фиксированный угол, а магниточувствительные (Л элементы размещилы в воздушном зазоре между обращенными друг к другу гладкими поверхностями магнитопровоцов сигнальных элемейтов ротора и замыкателя . :о :л 1 4 :о

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) у(р Н 02 К 29/02

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

OllMCAHHE ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (2 1) 3413801/24-.07 (22} 30.03.82 (46) -15.08.83. Бюп. % 30 (72) Н. П. Ацвопоткин, А. С. Минин, А. В. Шабанов и - A. Ю. Янковский (71) Всесоюзный научно-исследовательский институт эпектромашиностроения (53) 621.313. 13.014.2:621.382 (088.8} (56) 1. Авторское свицетепьство СССР

М 233486, кл. Н 02 К 29/02, 1967. .2е" Авторское свидетепьство СССР

Ж 437183, кп. Н 02, К 29/02, 1972.

3. Авторское свидетепьство СССР

И 193324, кп. GO8C 9/О, 1965. (54) (57) ДАТЧИК ПОЛОЖЕНИЯ РО »

ТОРА БИРОТАТИВНОГО ВЕНТИЛЬНО

ГО ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ, соцержашнй ротор с сигнальными эпементами, выполненными в виде магнитопровоцов, omega из поверхностей которых выпопнена зубчатой, примыкающих с цвух сторон к аксиально намагниченному постоянному магниту, магниточувствительные элементы, связанные со статором, и замыкатель магнитного потока, о т л и ч а ю щ и и с s тем, что, с цепью расширения функциональных возможностей, замыкатель укреплен с возможностью перемещения относитепь. но магниточувствитепьных элементов и ротора и выполнен в виде магнитопровоцов, одна из поверхностей кажцо

ro из которых, обращенная к зубчатой поверхности магнитопровоца сигнальных элементов ротора, выполнена также зубчатой, зубцы разны магнитопровоцов замыкатепя смещены на фиксированный угол, а магниточувствитепьные эпементы размещены в возцушном зазоре между обращенными друг к другу гпацкнми поверхностями магнитопроводов сигнальных эпемейтов ротора и saмыкатепя.

1038743

Изобретение относится к электричек ким машинам, а именно к вентильным биротативным двигателям, в которых обеспечивается встречное вращение роторов с расположенными на них сис> темой возбуждения и якорной обмоткой, и может быть использовано в та кого типа двигателях цля привоца бурового инструмента (встречно вращающихся фрее и. т.п.) и других механиз- 0 мов, установленных на опорах, возцействие на которые реактивных вращающих моментов недопустимо или нежелательно.

Известны цатчики положения ротора 15 вентильных цвигателей (бесконтактные), обеспечивающие информацию об угловом положении ротора относительно статора, например, в вице электрических сигна« лов. При этом сигналы снимаются с 20

-неподвижно установленных чувствите п ных ээпементов, возбужцаемых сигнальным сектором, закрепленным на роторе двигателя.

Известен датчик, содержащий маг- 25 ниточувствитепьные элементы, представляющие собой цроссепи насыщения, расположенные в непоцвижно закреплен ной относительно корпуса обойме, и сигнальные секторы, выполненные в 30 виде постояннь|х магнитов, укрепленных на роторе двигателя f 1) .

Нецостаток известного датчика заклю, чается в низкой надежности и большом объеме материала, требуемого цля изготовления постоянных магнитов. Низкая нацежность объясняется тем, что постоянные магниты, закреплены на вращающейся части машины. Это связано с определенными трудностями при их креп- „0 пении, в особенности, если машина высокоскоростная или ротор имеет сравнительно большой диаметр, обусловли- вающий значительный угловой размер сигнального сектора, который в этом случае выполняется сборным из нескольких магнитов, при этом также имеет место большой расход постоянных маг» нитов, Известны цатчики положения рото- 50 ра, в которых неподвижно относительно корпуса закреплены не только чувствительные магниты, а установленные на роторе магиитомягкие сигнальные сек тора выполняют роль распределителей 55 (коммутаторов) магнитного потока неподвижно закрепленных постоянных магнитов, обеспечивая замыкание мщ нитного потока--пнбо через чувствитель ный элемент, либо через шунт. В таких цатчиках каждый неподвижно закрепленный аксиально намагниченный магнит образует с чувствительным элементом магнитную цепь, замыкаемую с помощью магнитомягкого сигнального сектора через цва возцушных зазора. Чередующиеся с сигна и ными секторами магнитомягкие шунты обеспечивают замыкание магнитного потока (минуя чувствительный элемент), за счет чего повышается крутизна фронтов выхоцного сигнала и его краъность.. Такие датчики более надежны и содержат меньшее количество постоянных магнитов 2,) .

Нецостатком датчиков является плохое использование магнитов и боль шое число возцушных зазоров (в рас смотренной конструкции: два цля замы кания потока через чувствительный элемент и два - через шунт) межцу поцвиж ной и неподвижной частями.

Более эффективное использование постоянных магнитов при уменьшении числа воздушных зазоров цостига ется, если постоянный магнит расположен на роторе и снабжен магнитомщгкими допюсными наконечниками, содержащими сигнальные сектора.

Наиболее близким к прецпагаемому по технической сущности является датчик положения, ротора, содержащий ротор с сигнальными элементами, выполненными в виде магнитопроводов, одна из поверхностей KOThpbIK выполнена зубчатой, примыкающих с цвух сторон к аксиально намагниченному постоян ному магниту, магниточувствительны е элементы. связанные со статором, и замыкатель магнитного потока t 3) .

Нецостатком перечисленных датчиков явпяется невозможность использова ния их в биротативном вентильном . двигателе, т.е. в двигателе, роторы которого с системой возбужцения и якорной обмоткой вращаются в противположные стороны относительно неподвижного корпуса. При расположении чувствительных элементов на статоре возникает проблема поцвецения к ним питания и снятия с них сигнала, поскольку его появление возможно при любом произвольном угловом положении стато. ра относительно неподвижного корпуса, предвидеть которое заранее невозможно, Поэтому эти цатчики не позволяют

1035743

1 обеспечить работу биротативного вен-. типьного цвигатепя без применения скопьзящих контактов дпя запитки и

:снятия выхоцных сигналов чувствитеш

gbIK эпементов. 5

Непью изобретения является -расширение функционапьных возможностей датчика °

Поставпенная цепь достигается тем, что в датчике положения ротора, соцер- fO жащем ротор с сигнальными эцементами; выполненными в вице магнитопровоцов, одна из поверхностей которых выполнена зубчатой, примыкаюших с цвух сторон к аксиапьно намагниченному поступ - 5 ному магниту, магииточувствитепьные эпементы, связанные со статором, . и замыкатель магнитного потока, замыкатепь укреплен с возможностью перемещения относительно магниточувстви- ðO тельных элементов и ротора и выпопнен в вице магнитопровоцов, одна из поверхностей каждого из которых, обращенная к зубчатой поверхности магни-, тоцровода сигнальных элементов рото- 25 ра, выполнена также зубчатой, зубцы разных магнитопроводов замы катепя смещены на фиксированный угол, а магниточувствитепьные эпементы размещенй в возцушном зазоре межцу обращенными друг к другу гпацкими поверх костями магнитопровоцов сигнальных эпементов ротора и замыкатепя.

На фиг. 1 приведена конструкция цатчика с оцним магниточувствитепьным элементом; Ва фиг. 2 — конструь35 тивная схема датчика с тремя магниточувствитепьными эпементами; на фиг. 3то же, вид ctIeaa (взаимное распопожение сигнапьных секторов встречно вращающихся частей: замыкатепя магнитного потока и магнигопровоца магни-: та).

Датчик соцержит магниточувствитепь ный эпемент 1, неподвижно закреплен- 45 ный на корпусе (не показан), расположенный на роторе 2 копьцевой аксиапьно намагниченный постоянный магнит З

I с примыкающими к жему магнитопроводами 4 и 5 и замыкатепь 6 магнитноь. 50 го потока. Одна из поверхностей магии топроводов, а именно GOBepKHOGTb маг нитопровода 4, выполнена гладкой, копь цевой, а поверхность магнитопровоца 5 имеет сегментообраэный зубец 7, обре 55, эующий один из сигнальных секторов. Замыкатепь 6 магнитного потока также имеет гладкую копьцеобразную поверхность 8, расположенную коаксиапъно с магнито провоцом 4, и зубец 9, образующий цругой сигнапьный сектор, распопожен ный в плоскости зубца 7 магнитопровода 5. Соэцаваемый магнитом 3 магнитный поток замыкается либо че рез магниточувствитепьный элемент (по цепи: магнитопровоц 5, сегментообразный зубец 7, зубец 9, замыкатель 6 магнитного потока, копьцеобраэную поверхность 8, магниточувствитепьный, элемент 1, магнитопровоц 4, постоянный магнит 3), цибо, минуя чувствитепьный. эпемент, если сегменто образный зубец 7 и зубец 9 сдвинуты относитепьно друг друга на угол, превышающий полусумму угловых размеров сигнальных секторов,. по путям рассеяния межцу магнитопровоцами 4 и 5.

Датчик,привеценный на фиг. 2 и 3, содержит поцвижную часть 10, вращающийся в противоположном по отношению к ней направпении замыкатепь 11 мал- нитного потока и непоцвижно эакреппенные относительно корпуса магниточувствитепьные эпементы 12, 13 и 14.

Поцвижная часть 10 вкпючает в себя аксиапьно намагниченный кольцевой магнит 15 и припегаюшие х его полк сам магнитопровоцы 16 и 17. Оцин из магнитопровоцов, например магнитопровоц 16,выполнен в вице циска, имеющего на периферийной части три копьцэвых зубца 18, 19 и 20. Магнитопровоц 17 имеет сегментообразный зубец 21. Чиспо сегментообраэных выступов магнитопровоца .17 равно числу пар полюсов вентипьного ивигатепя. На фиг. 2 - приведен цатчик цвигатепя с одной парой полюсов. Замыкатепь 11 магнитного потока состоит из магнитопровоцов 22, 23 и 24, не связанных между собой в магнитном отношении, имеющих соответственно с одной стороны копьцеобразные зубцы 25, 26 и 27 и с цругой - сегментообразные зубцы 28, 29 и 30.

Магнитная развязка магнитопровоцов 22, 23 и 24 достигается, например, за счет применения циэпектрических колец 31 и 32. Из фиг. 3 вицно, что сегментообразные зубцы 28, 29 и 30 выпопнены со сцвигом относитепьно друг цруга. Эепичина углового сцвига межцу ними определяется величиной межкоммутацнонного интервала, которая цпя рассматриваемого цатчика (фиг. 3) составпяет 120 . Сумма углов сегмено

1035743

Попожитепьный эффект датчика эаюпо нается в искйючении скопьэящих кон, тактов при сравнении его с контактным датчиком попожения и в обеспечении возможности биротативной работы вентильного цвигатепя при сравнении его с бесконтактными магнитомодупяционны ми датчиками известных конструкций. тообразного зубца 21 и какогс либо из зубцов 28, 29 и 30 также опре деляется значением межкоммутационного интервала и дпя приведенного на фиг. 3 примера составляет 120 . 5

Замыкатепь 11 магнитного потока расположен о гноситепьно поцвижной части 10 таким образом, что копьцеобраэные зубцы 25, 26 и 27 располо» жены коаксиапьно копьцевым зубцы 18, О

19 и 20 соответственно, В зазорах между ними располагаются магниточувст витепьные эпементы 12, 13 и 14 - по одному на каждый зазор, при этом сегментообразные зубцы 28, 29 и 30 5 должны располагаться в плоскости сегментообразного зубца 21.

При установке на электрическую машину подвижная часть 10 и замыка тель 11 магнитного потока устанавли- 2О ваются на вращающиеся в противопопож ные стороны роторы, на одном иэ кото рых находится система возбужцения, а на другом - магнитопровоц с якорной обмоткой. Магниточувствитепьные эпе менты 12, 13 и 14 крепятся непоцвижно относительно корпуса машины.

Работа датчика основана на том, что магнитный поток, созцаваемый пос - тоянным MBFHHTOM подвижной частиу 3О коммутируется замыкатепем магнитно

ro потока гаким образом, что направляется в какой-либо иэ зазоров между копьцеобразными зубцами, где распопа гается соответствующий магниточувстви тельный элемент.

Как при вращающихся, так и при заторможенных роторах взаимное расположение сегментообразного выступа поцвижг ной части.например зубца 21 (Фиг 2), 4о и магнитопровоцов 22, 23 и 24 обеспе чивает замыкание магнитного потока через один из магниточувствитепьных элементов.

Так, в положении, изображенном на фиг. 3 магнитопроводом замыкатепя через сегментообраэный зубец 28 магнитопровоца 22, копьцеобразный зу бец 25, магниточувствитепьный эле-„ мент 12 и копьцеобразный зубец 18.

Через магниточувствитепьние элементы 13 и 14 магнитный поток отсутствует (точнее. имеет место незначительный по величине поток рассеяния, не . вызывающий срабатывания чувствитепь ных эпементов).

При направлениях вращения, обозна» ченных стрелками ЗЗ и 34, коммутация магнитного потока произойцет тогца, когда передняя кромка 35 сигнального сектора совпацет с кромкой 36 сег ментообразного выступа 30. При этом уменьшится магнитный поток через мах нитопровод 22 и магниточувствитеш ный элемент 12 и увепкчится через магнитопровод 24 и магниточувствитепь ный эпемент 14.

Аналогичным образом обеспечивается коммутация магнитного потока с магниточувствитепьного элемента 14 на 13ит.ц.

1035743

242 Л 1f

Составитель А. Санталов

Техрец Т.Маточка

Рецактор М. Петрова

Корректор А. Даятко

Филиал ППП Патент, г. Ужгороц;= ул. Проектнан, 4

Заказ 5851/57 Тираж 687 nottmt

ВНИИПИ Госуцарственного комитета СССР по целам изобретений i открытий

113035, Москва, Ж 35, Раушская наб., ц. 4/5