Индукторный @ -фазный шаговый электродвигатель

 

Использование: в автоматизированных системах с программным управлением. Сущность: в индукторный n-фазный шаговый электродвигатель введены измерительные обмотки 13, 14 и 15. 16 и измеритель ошибки положения якоря. Каждый канал содержит элемент сравнения, фильтр, детектор и блок умножения. Выходы блоков 22,26 умножения соединены с входами сумматора 27, выход которого подключен к преобразователю 17 частоты. Обеспечивается измерение мгновенного значения положения якоря относительно программного его значения. 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ГОСУДАРСТВЕН-ЮЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4872693/07 (22) 07.08.90 (46) 23.06.93. Бюль 23 (71) Научно-производственное объединение

"Мехатрон" (72) Б.А.Ивоботенко, В.Г.Доброслов и

Е.С. Московская (56) Патент США М 3917988, 318-608, 1975.

Авторское свидетельство СССР

ЬЬ 805474, кл. Н 02 К 41/ 02. 1981. (54) ИНДУКТОРНЫЙ tl-ФАЗНЫЙ ШАГОВЫЙ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЬ. Ж 1823127 А1 (я)5 Н 02 P 8/00, Н 02 К 37/00 (57) Использование: в автоматизированных системах с программным управлением.

Сущность; в индукторный и-фазный шаговый электродвигатель введены измерительные обмотки 13, 14 и 15, 16 и измеритель ошибки положения якоря. Каждый канал содержит элемент сравнения, фильтр, детектор и блок умножения. Выходы блоков

22,26 умножения соединены с входами сумматора 27, выход которого подключен к преобразователю 17 частоты. Обеспечивается измерение мгновенного значения положения якоря относительно программного его значения. 2 ил.

1823127

Изобретение относится к электротехнике, в частности к управлению шаговым электроприводом, и может быть использовано в автоматизированных системах с программным управлением и повышенными требованиями к точности отработки движения, Целью изобретения является повышение быстродействия и точности перемещения.

На фиг.1 приведена упрощенная конструкция двухфазного индукторного, например, линейного шагового электродвигателя с независимым возбуждением от постоянного магнита; на фиг.2 — схема шагового электродвигателя с п-канальным измерителем ошибки положения якоря управления шагового электродвигателя.

Индукторный, например двухфазный, шаговый электродвигатель содержит безобмоточный линейный индуктор 1 и якорь 2, выполненный в виде "и", например, двух пар П-образных магнитопроводов 3, 4 и 5, 6 с зубчатыми полюсами, шаг зубцов которых равен зубцовому шагу индуктора. В каждой паре П-образные магнитопроводы разделены одним иэ постоянных магнитов 7, 8. В плоскости нейтрального сечения постоянных магнитов расположены обмотки 9, 10 соответственно. Внутренние зубчатые полюсы указанных магнитопроводов охвачены соответственно фазными обмотками управления 11, 12.

Электродвигатель снабжен 2п, например, четырьмя дополнительными измерительными обмотками 13, 14 и 15, 16, каждая из которых расположена в плоскости нейтрального сечения спинки соответствующего

П-образного магнитопровода якоря. Фазные обмотки управления подключены к выходу преобразователя частоты 17 (см.фиг.2), имеющего основной вход для программного управления, Шаговый электродвигатель снабжен также генератором 18 импульсов, выход которого соединен с обмотками 9, 10 постоянных магнитов и п-канальным, например, двухканальным, измерителем ошибки положения якоря; один канал составлен из последовательно соединенных между собой узла 19 сравнения, фильтра 20, синхронного детектора 21 и двухвходового умножителя

22, Входы узла сравнения соединены с дополнительными измерительными обмотками 13, 14 П-образных магнитопроводов 3, 4.

Второй канал составлен из последовательно соединенных между собой узла 23 сравнения, фильтра 24, синхронного детектора 25 и двухвходового блока 26 умножения, Входы узла 23 сравнения соединены с дополнительными измерительными обмот5

55 ками 15, 16 П-образных магнитопроводов 5, 6.

Синхронные входы детекторов 21, 25 соединены с выходом генератора 18 импульсов, вторые входы умножителей 22, 26 предназначены для подачи синусоидальных сигналов, а их выходы подключены к входам сумматора 27, выход которого подключен к дополнительному входу силового преобразователя 17.

Индукторный шаговый двигатель функционирует следующим образом.

От программного управляющего устройства, кроме задания на перемещение якоря (сигнал 28), дополнительно поступают опорные синус-косинусные функции 29 и 30, которые подают на умножители 22 и 26. Вторые входы умножителей соединены с выходами синхронных детекторов 21 и 25, а их выходные сигналы поступают на сумматор

27. Выходной сигнал 31 сумматора 27 представляет разность между. программным и истинным положением якоря электродвигателя.

Нэ обмотки управления подаются изменяющиеся в функции времени или положения токи или напряжения и якорь совершает движение вдоль поверхности индуктора.

При этом под зубцами полюсов якоря по гармоническому закону в функции координаты положения к изменяется магнитная проницаемость зазора и величина магнитного потока. создаваемого постоянным магнитом и током обмоток возбуждения.

Взаимная индукция обмоток 9, 10 и" измерительных 13, 14, 15, 16 соответственно сос1 а вит:

L13 = Lp + Емсоз2 л / vie

L14= 4 — LMcos2 л/тк

L15 = Lp — LMsin2 rc/ т к, L16= Lp+ LMsin2 л/ гк (1) где Lp u LM — соответственно постоянная и амплитуда переменной составляющих взаимной индукции.

При питании обмоток управления 11 и

12 переменным напряжением 0< = sin cot, где а — частота напряжения возбуждения, в измерительных обмотках индукцируются сигналы ЭДС взаимоиндукции соответственно

013 = sin o) t (Up+ Омсоз О );

014= sin иt (Оо UMcos О );

015 = sin в t (Up — Омз!и 0 );

016 = sin cut (Up+ UMsin 0 ) (2) 1823127 здесь 0 и UM — соответственно среднее и наибольшее отклонение сигнала ЭДС взаимоиндукции:

С1 = 2 лу/т — истинное положение якоря, электрические радианы. 5

Произведя вычитания сигналов. получают

U 13 — U 14 =2 U м sintutcos 0=0 в1

U 16 — U 15 = 2 U N sin а т 0 = U в2 (3 )

Вычитание этих сигналов целесообразно выполнить посредством последовательного встречного соединения обмоток 13 и

14, 15 и 16 при равном числе витков обмоток.

Полученные сигналы содержат информацию в виде синус-косинусных функций о положении якоря, кроме сигналов соответствующих выражению (3), в измерительных обмотках индуцируются сигналы ЭДС движения, ЭДС взаимоиндукции обмоток управления и измерительной, вследствие этого информация о положении может быть получена путем обработки суммарного сигнала, например фильтрацией на частоте в с последующим детектированием, После детектирования сигналов, соот- 30 ветствующих выражению (3) с несущей частотой N, получают

01 = 2UMcos 0

U2 = 2Uмэ1п 0 . (4)

При управлении электродвигателем задается программное положение якоря У, в электрических радианах и кроме того дополнительно для измерения истинного положения якоря необходимо задать опорные функции U01 = sin Y, U02 = — cos Y, Используя преобразование sin Ycos 0

cosYsin 0 = sin(Y — 0 ), в котором э!п(У—

0 )- Y — 0 для малых Y 0 получим:

20м(У вЂ” 0 ) = U01 .U1 + U02U2 (5).

В полученном выражении (5) величина

45 (Y — 0 ) является разностью между программным Y и истинным 0 положением якоря двигателя.

С помощью данного устройства обеспечивается повышение точности программного движения якоря электродвигателя, так как обеспечивается возможность измерения мгновенных значений положения якоря и использования полученной информации.

Формула изобретения

Индукторный и-фазный шаговый электродвигатель, содержащий беэобмоточный зубчатый индуктор и якорь, выполненный в виде и пар П-образных магнитопроводов с зубчатыми полюсами, шаг зубцов которых равен зубцовому шагу индуктора, в каждой паре П-образные магнитопроводы разделены постоянным магнитом, в плоскости нейтрального сечения которого расположена обмотка, а их внутренние зубчатые полюсы охвачены соответствующей фазной обмоткой управления, и силовой преобразователь с ocHOBHblM входом для программного управления и выходом, подключенным к фазным обмоткам управления, отличающийся тем. что, с целью повышения быстродействия и точности перемещения, снабжен

2п дополнительными измерительными обмотками, каждая из которых расположена в плоскости нейтрального сечения спинки соответствующего П-образного магнитопровода якоря, и введены генератор импульсов, выходом подключенный к обмоткам постоянных магнитов, и и-канальный измеритель ошибки положения якоря с и-входовым сумматором на выходе, каждый канал которого составлен из последовательно соединенных узла сравнения, входами соединенного с дополнительными измерительными обмотками соответствующей пары П-образных магнитопроводов, фильтра, синхронного детектора и двухвходового умножителя, при этом синхронные входы детекторов подключены к выходу генератора импульсов, вторые входы умножителей предназначены для подачи синусоидальных сигналов, а их выходы подключены к входам сумматора, выход которого подключен к дополнительному входу силового преобразователя.

1823127

Фу8 1

Составитель А.Головченко

Техред М.Моргентал Корректор Е.Папп

Редактор

Производственно издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ 2186 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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