Датчик углового положения ротора

 

<1>748698

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВ ИТИЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик

{61) Дополнительное к авт. сеид-ву— (22) Заявлено 0501.78 (21) 2566087/24-07 с присоединением заявки Мо (23) Ориоритет

Опубликовано 150780. Бюллетень 1(о 26 (51)М. Кл.2

Н 02 К 29/02

Н 02 К 24/00

Госуаарстаеииый комитет

СССР ио делам изобретеиий и открытий (53) УДК 621,313.13.

014 2 621.382(088.8) Двтв опубликования описания 150780 (72) Автсьры изобретения

Э.А.Лодочников, IO.È.Êîíåâ, В.И.Стребков и Е.Т.Дикий, (71) Заявитель (54) ДАТЧИК УГЛОВОГО ПОЛОЖЕНИЯ РОТОРА зр

Изобретение относится к электро1технике и может быть использовано . s различных системах автоматики, в частности в системах автоматического регулирования электродвигателей и измерительной технике

Известен датчик положения ротора, содержащий трансформаторы на статоре, Ферромагнитный ротор, измейяющий 1ð при своем вращении магнитную связь между первичной и вторйчной обмотками .т1 ансформатора, и генератор переменного тока, питающий первичную обмотку трансформатора (1). 15

Известен также датчик положения генераторного типа, содержащий статор-сердечник с базовой и коллекторной обмотками генератора, имеЮщий воздущный зазор и вращающийся в за- 2р зофе немагнитный экран в виде. полудиска, который, нарушая магнитную связь между обмотками, срывает колебания генератора (2) .

В этих датчиках информация о по- 25 ложении ротора передается амплитудой выходйого сигнала, которая мо-" жет принимать только два дискретных иормированныМ значения минимальное и максимальное, а промежуточные значения не нормируются. Это, а также снижение частоты поступления информации при снижении частоты вращения ограничивает информационные возможности датчиков и область их применения.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является датчик угла, содержащий неподвижный трансформатор с воздушным зазором, в котором проходит токолроводящий диск, смонтированный эксцентрично на оси (3}.

IlpH враи(ении эксцентричного диска в воздушном зазоре между обмотками трансформатора и происходит амплитудная модуляция вьасодного сигнала частотой вращения. Информация об угловом положении и о частоте в ращения оси пере>ается соответственно фазой и частотой огибающей амплитудно-модулирсеанного высодного сигнала. Частота огибакхцей определяется равенством (1) где F — частота огибанхцей выходного сигнала)

F - частота вращения.

748,698

25 ОьыхЖ) X 04п(()=U<„„cos(wо +pw) ()

Примем сигнал созЩ за опорный.

Тогда относительно опорного сигнала электрическая фаза выходного сигнала

30 Р определяется выражением

М (7) зл(() = Р Р > где Р— коэффициент преобразования геометрического угла в элек35 трический.

Коэффициент P в соответствии с выражением (2) определяется профилем ротора. Заменяя в формуле (б) Р функцией времени, получаем для выходного сигнала выражение

М»»„()=0р», со»(Щ »РЦзi(1)й +Р)), (a о где Л. — частота вращения ротора; ф — начальное угловое положение

45 ротора.

Знак перед интегралом определяется направлением вращения ротора.

В соответствии с выражением (8) частота выходного сигнала определя50,ется выражением

Ьшх wo-л.

Здесь знак второго слагаемого также определяется направлением вращения ротора.

55 При выполнении условия оэ„>)Я., для чего нет каких-либо ограничений, выходной, сигнал с частотой близкой .Мр несет, в соответствии с выражениями (б),(7),(8),(9) информацию об угловом положении, частоте и направлении вращения ротора. Всегда,в том числе и при 1 = 0, можно обеспечить достаточно высокую частоту поступления укаэанной информации, выбрав соответствующую величину О)Недостатком устройства является

"то, что при снижении частоты вращения снижается также частота F, несущая информацию об угловом положении и частоте вращения, что снижает информационную способность дат" чика. Кроме того, датчик не дает информацию о направлении вращения, что также ограничивает его информационную способность и следовательно возможности его применения (например, - в системах фазовой автоподстройки частоты вращения электродвигателей), Цель изобретения — расширение области применения путем увеличения информационной способности.

Это достигается тем, что в дат- 15 чике углового положения ротора, со дер»жащем- расположенные на статоре с Фиксированным угловым сдвигом трансформаторы с двумя группами обмоток, установленными с зазором между ни мй, в"котором расположены профилированный ротор из токопроводящего материала, обмотки одной группы соединены между собой последовательно.

На фиг.1 показано предлагаемое устройство; на фиг.2 — электрическая схема датчика положения ротора; на фиг.3 — схема включения датчика.

Датчик положения ротора содержит статор 1, расположенные на статоре равномерно по окружности трансформаторы 2 с воздушными обмотками 3 и 4. На валу 5 закреплен профилированный ротор б из токопроводящего материала, входящий в воздушные зазоры трансформаторов. Геометрический контур профиля ротора определяетс я з аз ис имос тью г=-k„(j =с о+ a„ñîåð (2) где r — радиус-вектор; а а„ вЂ” постоянные коэффициенты;

Р— полярный угол -аргумент ; р — коэффициент преобразования геометрического угла в электрический (целое число);

С целью повышения точноСти выходного сигнала путем уменьшения нелинейных искажений контур ротора вы полнен в соответствии с зависимостью

l1 =,(" ) > с „СоЗ Р Р, 1 1 где К вЂ” целые числа.

Находящиеся по одну иэ сторон воздушных зазоров обмотки 4 включены ме)кду собой, йоследовательно. ак показано на схеме включения дФгчик а (см. Фиг.3), на обмотки 3m— трансформаторов 2 подается фазное напряжение, определяемое выражением

",п(Ц=цзМй(во1+2%"-" ) п=1р2, ° ° .щ; где n — номер фазы

m — количество фаз

w - -частота сигнала.

В обмотке 4 наводится ЭДС, про порциональная связи с обмоткой 3.

Эта связь ослабляется токопроводящим ротором б, который играет роль экрана. При вращении ротора б связь между обмотками 4 и 3 изменяется обратно пропорционально глубине погружения ротора в воздушный зазор между обмотками. Таким образом, при геометрическом контуре профиля ротора, определяемом выражением (2), ЭДС, наводимые в обмотках 4, с учетом выражения (4) определяются выражением

U „(р )=ф-Исоь р Р % )))» с08(Ш 1+Ь ) где М вЂ” коэффициент глубины модуляции, определяемый конструктивными параметрами.

Так как обмотки 4 включены последовательно, то выходной сигнал равен сумме выражений (5) по всем m фазам

748694

S.Формула изобретения

Фиг.!

m -- разная

Таким образом обеспечив ается высокая информационная способность предлагаемого датчика.

Выделить,информацию можно известными способами путем совместной обработки выходного сигнала (6) и опорного сигнала cosset

Если по причине нелинейностей, проявляющйхоя в реальной конструкции при профиле ротора, определяемом выражением (2), высшие гармоники нарушают линейность фазовой характеристики (7), то повысить ее линейность можно, откорректировав форму ротора в соответствии с выражением (3) . При этом в фазовую характеристику датчика вводятся гар-, моники, которые равны но амплитуде и противоположны по фазе гармоникам, вызывающим нелинейность фазовой характеристики. Проходит взаимная компенсация указанных гармоник и тем самым обеспечивается высокая линейность фазовой характеристики. практически это всегда можно обеспечить при и с 5, О„(0,3>,, (см. выражения 2 и 3) . Таким образом, без каких- 2 либо конструктивных усложнений обЕспечивается высокая точность датчика.

Указанные соединения обмоток трансформаторов и форма ротора выгбдно отличают предлагаемый датчик поло- 30 жения ротора от известных, так как увеличквают информационную способность датчика.при сохранении просто ты устройства. Выходной сигнал такого датчика несет большой объем информации на высокой частоте, не зависящей от скорости вращения, что позволяет значительно расширить сферу применения датчика, а также упростить ряд устройств автоматизированного электропривода, повысить их эффектив ность и качество.

Датчик углового положения ротора, например, для частотноуправляемого бесконтактного двигателя постоянного тока, содержащий расположенные на статоре с фиксированным угловым сдви гом трансформаторы с двумя группами обмоток, установленными с зазором между ними, в котором расположены профилированный ротор из токопроводяцего,материала, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью расширения области применения путем увеличения информационной способности, обмотки . одной группы соединены последов ательно.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Патент Японии М 48-41 322, кл. 55А 42, 1973 °

2. Патент ФРГ Р 1.214,770, кл. 21d 39, 1 966.

3. Патент Франции Р 2239796, ",кл. Н 02 К 24/00,1975.

Фиг.z цИИИПИ . Заказ 4255/45 .Тираж 78 3 Подписное

Филиал ППП Патент, r. Ужгород, ул. Проектная,4