Датчик углового положения

 

Изобретение позволяет повысить точность контроля углового положения вала за счет улучшения формы кривой выходного сигнала датчика. Датчик содержит 2Р-полюсный ротор с постояннными магнитами и статор с отверстиями для размещения в них секций пг)-фазной обмотки. Число отверстий Z 2Р-1т..ь, , 3. С увеличением числа пазов,а следовательно. и числа секций обмотки датчика увеличивается точность формирования синусоидального выходного сигнала датчика. Принцип действия датчика основан на смене зон насьпцеНия магнитопровода статора под полюсами ротора и изменении индуктивного сопротивления соответствукнцих секций обмотки датчика. Благодаря этому с помощью резисторов К; , подключенных к средним точкам (,6 ,...) групп, образованных соответствукнцими парами секций обмотки, формируетсят-фазное напряжение (при питании датчика от источника однофазного напряжения), модулированное по амплитуде по гармоническому закону в функции контролируемого углового положения. 2 ил. ел ьо ю О) со 00

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (50 4 С 01 В 7/30

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3786436/25-28 (22) 03.09.84 (46) 23.04.86. Бюл. Ф 15 (72) Б.Н.Каржавов (53) 621. 317. 39:531. 71 (088. 8) (56) Авторское свидетельство СССР

В 853376, кл. G 01 В 7/30, 1979. (54) ДАТЧИК УГЛОВОГО ПОЛОЖЕНИЯ (57) Изобретение позволяет повысить точность контроля углового положения вала за счет улучшения формы кривой выходного сигнала датчика. Датчик содержит 2Р-полюсный ротор с постояннными магнитами и статор с отверстиями для размещения в них секций ь|-фазной обмотки. Число отверстий

2Р м" ь, где и» 2, 3. С увеличением числа пазов,а следовательно, „„SU„„1226038 А и числа секций обмотки датчика увеличивается точность формирования синусоидального выходного сигнала датчика. Принцип действия датчика основан на смене зон насыщения магнитопровода статора под полюсами ротора и изменении индуктивного сопротивления соответствукицих секций обмотки датчика. Благодаря этому с помощью резисторов К;, подключенных к средним точкам (A,S ) групп, образованных соответствующими парами секций обмотки, формиру-ется m-фаэное .напряжение (при питании датчика от источника однофазно- го напряжения), модулированное по амплитуде по гармоническому закону в функции контролируемого углового положения. 2 ил.

226038 где R

i=1 2, ° °

20

Число отверстий Z на статоре выполнено равным 2 p m,n. Чем это число больше, тем более близкая к синусоиде форма выходного сигнала датчика может быть получена.

Взаимная фазировка подключения групп к шинам 92 и 93.питания опре1 1l . 11

40 деля е тся знаком функции со 3 ес в выражении (1 ) для R,.

Если знак этой функции положительный, то секции данной фазы обмотки, расположенные в одном о тв ер с45 тии, присоединены к одной и той же шине питания, а если отрицательный— то к различным шинам (н апример, с екции 3 1 и 3 5, расположенные в о т в ер стии 5, фиг . 2 ) .

Датчик работает следующим о бр аз ом . о При повороте ротора 26 датчика на некоторый угол происходит смена зон насыщения магнитопровода статора 1 под полюсами р ротора, благодаря чему перераспределяется напряжение питания, приложенное к шинам

92 и 93, между парами секций, раэФ 1

Изобретение относится к контроль-. но-измерительной технике и может быть использовано для измерения угла поворота вала и преобразования углового положения в синусоидальный выходной сигнал.

На: фиг.1 изображена конструкция двухфазного (m=2) четь рехполюсного (2). = 4) датчика углового положения с числом отверстий на статоре Z =

= 24 (n = 3); на фиг.2 — электрическая схема датчика (в скобках указаны номера отверстий, в которых размещены секции обмотки датчика).

Датчик углового положения zopepжит кольцевой статор 1 с Z отверстиями 2 — 25 (2=24), четырехполюсный ротор 26, выполненный в виде двух стержневых постоянных магнитов, размещенных на валу 27. В отверстиях 2—

25 размещаются секции 28 — 75 обмотки датчика (по две секции в каждом отверстии), соединенные в соответствии с электрической схемой (фиг.2).

Секции, размещенные в диаметрально расположенных отверстиях статора, объединены попарно, а пары, расположенные в пространстве на взаимно пер пендикулярных диаметрах, объединены в группы. Например, секции 28 и 40, размещенные в диаметрально расположенных отверстиях 2 и 14, объединены в одну пару, а секции 34 и 46, размещенные в диаметрально расположенных отверстиях 8 и 20, — в другую пару. Поскольку диаметр, на котором расположены отверстия 2 и 14, расположен в пространстве перпендикулярно диаЛетру, содержащему отверстия 8 и 20, то указанные пары секций 28, 40 и 34

46 объединены в группу, .образуя среднюю точку А. Количество групп для каждой фазы равно Z/2ð=6.

Средние точки групп (точки соединения пар секций, например точки А, В,...) -подключены через резисторы 76 — 87 к соответствующим выходным клеммам 88 и 89 датчика, к которым присоединены измерители 90 и 91 тока. Концевые выводы всех групп секционированной обмотки датчика подключены к шинам 92 и 93 однофазного источника питания, имеющег заземленную среднюю точку 94.

Сопротивления Р,. резисторов датI чика выбираются по номиналу согласно выражению

R, =2,j cceec (pc(.+pc((i-1)—

-y(j-1))1, (1) 2. сопротивление резистора, подключенного к точ-, ке соединения пар секций первой группы (i=1) в первой фазе (j=1) обмотки при o(. =0; (mn) — номер группы в каждой фазе;

Ы вЂ” угловая координата отверстия в статоре, принятого за начало отсчета угловых координат;

2% — угловое смещение между

Z отверстиями .статора; — пространственный угол смещения фаз обмотки статора, равный 2K/m для нечетного m и 11/m для четного m.

Для двухфазного варианта выполнения датчика (m=2, P =2) сопротивление резисторов 76-81 для первой фазы (j-1) рассчитываются по формуле, полученной иэ выражения (1):

R=R, созес (2()l + 6(i-1)Я, (2) а сопротивления. резисторов 82 — 87„ которые подключены к выходной клемме второй фазы (j=2), — по формуле

R=R (eec(2c(+ — (i 1))) . (3)

1226038

i =1,2, (шп) 35 мещенных в пазах, расположенных взаимно перпендикулярно. В результате этого при повороте ротора, на11 пример, на угол P, = -- потенциалы

2р

5 средних точек групп (точки А, В,...) относительно средней точки 94 источника питания изменяются от значе.U ния U = — до нуля со сдвигом фаз, 10

2П равным р = -- . Следовательно в

У ,средних точках (А,В,. ° .) групп образуется многофазная симметричная система напряжений, амплитуда и фаза которых зависят от угла В поворота ротора. Огибающая этих напряжений

I имеет форму трапеции с периодом, равным И . Выходным сигналом датчика является величина тока, протекающего через измерители 90 и 91 тока. В двухфазном варианте исполнения датчика ток в первой фазе изменяется по закону I sin 2 Р з1пй, а во второй фазе — по закону I cos 2P w

q sinN.

Наиболее целесообразно в качестве измерителя тока использовать операционный усилитель.

Преимуществом предлагаемого датчйка является возможность более точного измерения углового положения вала благодаря формированию выходного си нала синусоидальной формы с меньшими нелинейными искажениями.

Формула изобретения

Датчик углового положения, содержащий 2Р-полюсный ротор, выполненный из постоянного магнита, кольцевой статор с Z отверстиями, размещенную в них т-фазную секционированную обмотку, секции которой объединены в групп, группы состоят изР пар секций, а их концевые выводы объединены и предназначены для подключения к шинам однофазного источника питания, отличающийся тем, что, с целью повышения точности за счет улучшения формы кривой выходного сигнала, он снабжен .w резисторами, под;люченными между точками соединения пар секций в каждой группе и выходными клеммами датчика и выбранными по номиналу согласно выражению

Я =R cosec(Pd.+Рб.(- lj- Ð(-3))j (1) где R, — сопротивление резистора, подключенного к точке соединения пар секций первой группы (i =1) в первой фазе (J =1) обмотки при oL =0 номер группы в каждой фазе; угловая координата отверстия в статоре, принятого за начало отсчета угловых координат; угловое смещение между отверстиями статора; — пространственный угол смещения фаз обмотки статора, равный 2 / для нечетного г и К /w для четного с, число отверстий 2 на статоре выполнено равным 2 Р ю., где и 2,3, а фазировка подключения групп к шинам питания определяется знаком функции

" osec" s выражении R;

1226038,Составитель Н. Лупачев редактор 0. 111рковецкая Техред Н.Бонкало

Корректор Л. Пилипенко

Заказ 2110/28 Тираж аж 670

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Подписное

Производственно-полиграфическое предприятие, r. Ужгород, ул. Проектная, 4