Датчик угловых перемещений

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН

09) (И) 3 45В

М; ь

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ "

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

nO AEaAM ИЗОБРЕТЕНИЙ V ОТКРЫТИЙ

Н ABTOPCHOMV СВИДЕтЯЛЬСтВМ (21) 3406577/24-07 (22) 09А3.82 (46) 23.08.83. Бюл. И 31 .(72) Б.Н.Каржавов (53) 621.313.3(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

И 686124, кл. Н 02 К 24/00; 1976.

2. 10феров Ф.М. Электрические машины автоматических устройств. М., "Высшая школа", 1976, с.376. (54)(7) ДАТЧИК УГЛОВЫХ ПЕРЕМЕЩЕНИЙ, содержащий статор с m-фазной обмоткой и,ротор в виде 2р"полюсного постоянного магнита, о т л и ч а ю щ.и и с я тем, что, с целью повыше. йия точности, он снабжен и-и) функциональными преобразователями с коэффициен, тами передачи, пропорциональными

cos$pppo + 13(! 1) 1 - т (j 1) ) и п-сумматорами, где - начальйый угол расположения ротора относительно статора; n - число выходов датчика; р=И/rri, à g =2/

1 - порядковый номер фазы обмотки статора; j - порядковый номер выхода датчика, m )q 3, причем входы каждой из m функциональных преобразователей соединены с одной из фаз обмотки статора, а их выходы объединены и соединены со входом одного из сумматоров. о

1037383

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в качестве датчика углового положения вала, в частности, в вентильных двигателях, и как датчик главной обратной связи, например, в безредукторных следящих приводах.

Известны датчики угловых перемещений, в частности датчики положения вала синхронного двигателя, содержа- 10 щие безобмоточный ротор и статор с

m-фазнай выходной обмоткой (1) .

Наиболее близким по технической сущности и решаемой задаче к изобре тению является датчик угловых переме- 1 щений, содержащий индуктор, например, в виде 2р-полюсного магнита, и якорь с m-фазной выходной обмоткой f2)

Недостатком известных конструкций является низкая точность, 20

Это объясняется наличием искажений в форме кривой выходного напряжения датчиков, которые вызваны присутствием высших гармоник низкого порядна. Например, в двухфазных датчи- 25 ках - это третья, пятая, седьмая и

T.ä., а в трехфазных - пятая и седьмая (при использовании линейного выхода). В особенности это относится к датчикам с большой глубиной модуляции, Зр вызванной глубоким насыщением зубцов.

Например, амплитуды 3, 5 и 7 гармоник могут достигать соответственно 15, 8 и 64 -ов от амплитуды основной гармо-. ники. Это снижает. точность преобразо-з вания угла в выходной сигнал.

Целью изобретения является повышение точности преобразования за счет улучшения формы кривой выходного сиг.40 нала. порядковый номер фазы обмотки статора;

- порядковый номер выхода датчика;

m>3 °

На фиг.1 ана электрическая структурная схема датчика с одним выходом и четырехфазной обмоткой на статоре; на фиг, 2 - функциональный преобразователь при положительном значении

cosfCjm(i 1); на фиг.3 - функциональный преобразователь при отрицательном значении cos. (i -1) и соединение и обмоток варианта индуктивного датчика; на фиг.4 - сумматор в виде усилителя.

Датчик состоит из индуктора 1 (фиг. 1), выполненного в виде nocTQRH ного двухполюсного магнита,. якоря 2 с четырехфазными обмотками 3-6, функциональных преобразователей 7-10 и сумматора 11, выход 12, которого является выходом датчика. Каждая фаза многофазной обмотки соединена с входом соответствующего функционального преобразователя, например обмотка 3 (первая фаза) соединена со входом преобразователя 7 и т.д. Коэффициент передачи К функционального преобразователя зависит от номера фазы многофазной обмотки, к которой подключен данный преобразователь, и выбирается пропорциональным значению косинуса электрического угла,ф) „, равного р о i&(l- )3 V(/4 где 1 - порядковый номер фазы многофазной обмотки,)опроизвольный начальный угол, Я= — и ф= " при m u n - нечетных и/ = и

И И3

„ при m и и - четных (n - число ч= и выходных фаз); j - порядковый номер выходной фазы датчика.

Поставленная цель достигается тем, что датчик, содержащий статор с. вфаэной обмоткой и ротор в виде 2р-полюсного постоянного магнита, снабжен 45

n m функциональными преобразователями с коэффициентом передачи, пропор-.

QI4oHBllbHblM cps I p (ф,+ Р (1-1)). Q(j1) и п-сумматорами, причем входы каждой группы из m функциональных преобразо»50 вателей соединены с одной из фаз обмотки статора, а их выходы объединены и соединены со входом одного иэ сумматоров, где . P - начальный угол расположения ротора относительно статора; у

n - число выходов датчикаЯ 2Я/m; — 29/П при m и и нечетнЫх и

:p=l (/т р9 2Фп при m и и четных;

Устройство работает следующим образом .

Выходное напряжение 0 каждой фазы обмотки умножается с помощью соответствующего функционального преобразователя на величину К = К„„соя рр ., и затем напряжение с выхода всех преобразователей суммируют на сумматоре . 11. Напряжение U „ на выходе 12 сумматора может быть записано в следующем виде

YI1

Upped-,X Uq Kyg coS fPOo+PP D-а-o (i-В).

1=1

383

15

Г «е 74 фЯ, 4Риг.5

Фиг. 2

Составитель В. Комаров

ТехредТ.Иаточка . Корректор Л.Бокшан

Редактор П.Коссей

Тираж 687 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, M-35, Раушская наб., д. 4/5

Заказ 6025/57

Филиал ППП "Патент", г, Ужгород, ул. Проектная, 4

3 1037

Предположим, что в выходном напряжении Uj содержится весь спектр гармоник 4, тогда

WI 00

u „„-, к„ц r а 1пф ;Р ;Руж1

ЕЬЮ;„ yn3-.1 а

СОЬ(9 о+ Р(М, - S)-9(j-1)).

Поскольку сумма ;У не равна нулю только для значения 9 = 2lm+p, то выражение можно записать в виде

Для случая, показанного на фиг.1, m=4, р=1, j=1 при р =0, имеем

60 20 1 1х в "ип "" +> О о ь1и(80+лК, 80 1 т.е. в выходном напряжении присутствуют, кроме первой, 7 и 9 (и более. высокие 15 и 17 и др.) гармоники, 25 а наиболее низкие 3 и 5 отсутствуют.

Это легко проверить непосредственным сложением выходных напряжений функциональных преобразователей, учитывая, что =Я4 После простых пре- 30 образований получаем (ьых= й"и.0м (ЫиЫ+0,06Яп 7с ).

Для датчика с и-фазным выходом следует использовать m и Функциональных преобразователей и и сумматоров.

В этом случае к каждой фазе обмотки статора подключаются и функциональных преобразователей, Следовательно, используя m-фазную обмотку с функциональными преобразователями, можно улучшить форму выходного напряжения устройства, уничтожив гармоники до 1)= 2m - р.

Функциональные преобразователи могут быть выполнены в виде трансфор" маторов (Фиг.2 и 3) с коэффициентом трансформации, равным К:. Если значение cos K(i-1) становйтся отрицаIf/ тельным для данного i, то взаимная фазировка начал и концов первичных и вторичных обмоток изменяется на противоположную по сравнению с ïðåобразователями, для которых значение соэ.К/m(i-1) положительно. Для получения выходного напряжения функциональных преобразователей их вторичные обмотки можно соединить последовательно, с учетом указанной фазировки, или напряжение с них через резисторы подать на сумматор, в качестве которого можно, например, использовать . операционный усилитель, выполненный на Фиг.4.

Экономический эффект от использо. вания предлагаемого технического решения определяется тем, что заданная точность измерения достигается за счет улучшения Формы выходного сигнала, упрощается технология изготовления датчика за счет упрощения обмотки и снижается его стоимость.