Устройство для определения положения якоря индукторного шагового электродвигателя с резистивно-емкостными модулями в виде решетчатых обкладок на якоре и индукторе

 

Использование: автоматизированные технологические и другие промышленные установки. Сущность: на якоре расположены чувствительные элементы датчика положения - резистивно-емкостной модуль 3 с четным числом элементов, на которые подают сигнал от высокочастотного источника напряжения 6. С емкостных элементов напряжение подают на фазовращатели 7,8,9, 10. Сигналы с четных и нечетных фазовращателей сравнивают в устройствах сравнения 11 и 12 и преобразуют синхронными детекторами 13, 14 и фильтрами 15, 16. На выходе получают сигналы вида Ui -Asin в и в. 3 ил. (Л С ел о о Фиа.З

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) (51)5 Н 02 P 8/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4877296/07 (22) 24.10.90 (46) 23,07.92. Бюл. М 27 (71) Научно-производственное объединение

"Мехатрон" Межхозяйственного объединения "Консорциум Содружество" (72) А. П. Белковой, С. А. Рябов и В. Г. Доброслов (56) Патент США М 3917988, кл. Н 02 К 29/00, 1975.

Авторское свидетельство СССР

N. 805474, кл. Н 02 К 29/00, 1981.

I. ELSNER, ABSOLUT SHAFT ENCODING BY САРА$!Т!ЧЕ METHOD, PCIM-89, CONFERENCE МОЮСН, IUNE, 6 — 8, 1989. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ

ПОЛОЖЕНИЯ ЯКОРЯ ИНДУКТОРНОГО

ШАГОВОГО ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ С PEЗИСТИВНО-ЕМКОСТНЫМИ МОДУЛЯМИ В

ВИДЕ РЕШЕТЧАТЫХ ОБКЛАДОК НА ЯКОРЕ И ИНДУКТОРЕ (57) Использование; автоматизированные технологические и другие промышленные установки. Сущность: на якоре расположены чувствительные элементы датчика положения — резистивно-емкостной модуль 3 с четным числом элементов, на которые подают сигнал от высокочастотного источника напряжения 6, С емкостных элементов напряжение подают на фазовращатели 7, 8, 9, 10. Сигналы с четных и нечетных фазовращателей сравнивают в устройствах сравнения 11 и 12 и преобразуют синхронными детекторами 13, 14 и фильтрами 15, 16. На выходе получают сигналы вида 01=-Asin Ou

02=Асов О. 3 ил.

1750020

30

40 ние точности определения положения ин- 45 дукторного шагового электродвигателя.

Поставленная цель достигается тем, что в устройстве определения положения якоря индукторного шагового электродвигателя с резистивно-емкостными модулями в виде 50 решетчатых обкладок на якоре и индукторе. содержащем высокочастотный источник напряжения с подключенными к его выходу резистивно-емкостными модулями, емкост55

Изобретение относится к электротехнике, в частности к шаговым электродвигателям поступательного перемещения, и может найти применение в автоматизированных технологических и других промышленных установках.

Известны устройства для определения положения якоря шагового электродвигателя с использованием чувствительного элемента датчика положения якоря, размещаемого непосредственно на якоре двигателя.

Недостатками известных устройств является сложность обработки информации с чувствительного элемента, связанная с использованием оптических элементов и. светопроводов, светокоммутации и интерполяции измерительных сигналов. Кроме того, рассматриваемым устройствам присуща невысокая точность, определяемая флюктуацией сигнала чувствительного элемента датчика, Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является устройство определения положения якоря индукторного шагового электродвигателя, содержащее резистивно-емкостные модули в виде решетчатых обклэдок на якоре и индукторе и высокочастотный источник напряжения, питающий указанные резистивно-емкостные модули, сигнал с емкостных элементов которых используется для получения информации.

Недостатком этого устройства является то, что используются емкостные элементы со сложной конфигурацией обкладок, что затрудняет их использование в длинномерных линейных и плоскопэраллельных перемещениях. При этом усложняется емкостной элемент резистивно-емкостного модуля и существенно снижается точность определения положения якоря электродвигателя, Целью изобретения является повышеныл элементы реэистивно-емкостных модулей соединены с входами четного числа фэзовращателей, выходы которых соединены попарно с входами вычитэтелей,.соединенных выходами через синхронные детекторы с входами фильтров, выходы ко5

15 торых являются выходами устройства, а кроме того, вторые входы фазовращателей и синхронных детекторов соединены с генератором высокочастотного напряжения.

Анализ информационного фонда показал, что выявленная совокупность признаков, согласно которой производят измерение положения якоря индукторного шагового электродвигателя, позволяет приобрести новые качественные характеристики, и в известных технических решениях в, полном обьеме не встречается.

На основании изложенного можно считать, что заявленное техническое решение соответствует критерию "существенные отличия".

Конкретный общественно-полезный результат, достигаемый заявляемой совокупностью признаков, заключается в повышении точности программного движения якоря электродвигателя, что позволит увеличить производительность и прецизионность оборудования.

На фиг. 1 приведена упрощенная конструкция индукторного шагового электродвигателя, на фиг. 2 — упрощенная конструкция емкостного элемента с решетчатыми обкладками; на фиг. 3 — функциональная схема устройства для определения положения якоря шагового электродвигателя.

Устройство, реализующее предлагаемый способ измерения положения якоря. шагового электродвигателя, содержит"якорь 1 и индуктор 2. На якоре расположенй чувствительные элементы датчика положе ния — резистивно-емкостной модуль 3. Зубцы индуктора Шагового электродвигателя 2 с величиной зубцового деления r служат обкладками емкостного элемента, а обкладки емкостного элемента, связанные с якорем. выполнены в виде решетки, расположены параллельно зубцам индуктора и имеют взаимные сдвиги: 5а относительно зубцов индуктора — нулевой, 56 — 3/4 r, 5в — 1/2 т, 5г — 1/4 r.

Устройство определения положения якоря индукторного шагового электродвигателя функционирует следующим образом.

Сигнал от высокочастотного источника напряжения 6 (фиг, 3) подается нэ резистивно-емкостной модуль, с емкостных элементов которого напряжение подают на фазовращатели 7-10, Выходной сигнал с каждого i-го фазовращателя (7, 8, 9, 10) в общем виде может быть записан в виде

Ц-И.,е

1750020

y=2arctg а ЯСь (2) О!-U» çln(в т+ р) 20

25 (3) 2С.âR з!и О

4Uex См

1+г 2Я2С2 (6) При подаче на вход резистивно-емкостного модуля синусоидального сигнала

0 Овхз!и со t, где Оех и co — соответственно амплитуда и круговая частота переменного напряжения, фазовый сдвиг сигнала на выходе I-го фазовращателя будет определяться из выражения где R и С! — соответственно активное сопротивление и емкость I-го элемента резистивно-емкостного модуля (!=1, 2. 3, 4), при этом выходной сигнал 1-ro фазовращателя имеет вид;

При определении положения якоря индукторного шагового электродвигателя используются четыре емкостных элемента 5а, 56, 5в и 5г, емкость которых определяется зависимостями

CI,2=Cî Смз!и 2 Жх/Х

Сз,4=Со Смсоз 2 их/t ;

2 их/m=0, где Со и См — постоянная и переменная составляющие величины емкости элементов резистивно-емкостного модуля; х и О- соответственно мгновенное положение якоря электродвигателя относительне индуктора в метрических единицах и электрических радианах.

Сравнивая (вычитая) сигналы с выходов фазовращателей 7 и 8, 9 и.10 с помощью устройств сравнения (вычитания) 11 и 12, получим соответственно высокочастотные сигналы Ue1 и Ue2:

Ов101 02=0ex(sln(cu t+ ф1) — sin(N t+ а))=20вхсоз(в t+

+М"!+Ю) зln Ж +Ю

АНаЛОГИЧНО ПОЛуЧаЕМ И дЛя Ов2, Ue2-2 Овх(cos соt+ = ) х, +Ил 2 х з!и -

2 (4) Из выражений (2) и (3) получим: (pt,22arctg а R(CO « - CMsln 0); фу — 2агс д й) Я(со + Смсоз ф.

Из зависимостей (2) и (3) получим необходимые выражения суммы и разности сдвигов фаз, используя зависимости:

arctg а + arctg Ь - агстд а+Ь

1 а + В

2 вй f C,+ÑMsln - Со-Смз!и )

10 м™ arctg

1 R (CO+Csin О) (Co-Смз!и 6) Так как См«со, то можно приближенно считать

15 л1 + 2щЯСо

= - arctg о — ф- const.

ЯЯ2С2о . = - arctg " — ф sin д;

2аЯСм

1 + аРЯ2С2о

Ж1 М. з!и<:

". в1 и д = - г- з1 и О

2СмйЛ А

1+ Rzñî вх

После преобразований высокочастот40 ные напряжения выражаются зависимостями вида

Uâ1=со$ (C0 \+ ф)А sin &

Ов2=соз (Й) 1+ф)А cos О, (5) Полученные напряжения представляют собой высокочастотные сигналы с круговой частотой в, с постоянным фазовым сдвигом ф и амплитудной модуляцией, причем амп50 литудная модуляция осуществляется синускосинусными функциями фактического положения якоря двигателя.

Дальнейшее формирование сигналов осуществляют синхронными детекторами

55 13 и 14, управляемыми от генератора высокочастотного напряжения 6, и фильтрами 15 и 16, на выходах которых 17 и 18 получают сигналы вида

U = Asln 0 и Uz-А соз О.

1750020

Достижение положительного эффекта определяется тем, что с помощью предлагаемого технического решения достигается повышение точности программного движения якоря электродвигателя и в среднем на

30-35 (по сравнению с прототипом).

Юа МЯЛ

Составитель Н, Кольцова

Техред М,Моргентал Корректор И. Шмакова

Редактор О. Стенина

1 -. Ф.

Заказ 3275 . Тираж Подписное

8НИИОИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Прсв зводственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Формула изобретения

Устройство для определения положения якоря индукторного шагового электродвигателя с резистивно-емкостными модулями в виде решетчатых обкладок на якоре и индукторе, содержащее высокочастотный источник напряжения с подключенными к его выходу резистивно-емкостными модулями, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности определения положения индукторного шагового электродвигателя, резистивно-емкостные модули составлены из четного количества элементов и введены фазовращатели по количеству элементов резистивно-емкостных модулей, 5 элементы сравнения. синхронныедетекторы и фильтры, количество которых в два раза меньше количества фазовращателей, первые входы фазовращателей соединены с выходами резистивно-емкостного моду10 ля, вторые входы — с выходом высокочастотного источника напряжения, а выходы попарно соединены с входами элементов сравнения, выходы которых подключены к первым входами синхронных детекторов, к

15 вторым входам которых подсоединен выход высокочастотного источника напряжения, а к выходам синхронных детекторов подключены фильтры, выходы которых являются выходами устройства.