Датчик положения ротора вентильного двигателя

 

Союз Советских

Социалистических

Республик

1 74870! (6{ ) Дополнительное к авт. саид-ву

{22) Заявлено 30,06,78 (2I ) 2635434/24-07 (5! )М. Кл.

Н 02 К 29/02

H 02 К 24/00 с присоединением заявки Ж

Воударстееннь1И комитет

СССР (23) Приоритет

Онубликовано 15.07.80. Бюллетень ¹ 26 (53) УДК 621.313. . 13.014.2 621. .382(088.8) ll0 делам изобретений н открмтнй

Дата опубликования описания 17.07.80 (72) Авторы изобретения

Г. И. Каплун, В. Н. Курчанов и А. С. Михалев

Дальневосточный ордена Трудового Красного Знамени политехнический институт им. В. В. Куйбышева (7! ) Заявитель (54) ДАТЧИК ПОЛ{.И<ЕНИЯ РОТОРА ВЕНТИЛЬНОГО

ДВИГАТЕЛЯ

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для. расширения функциональных возможностей датчика положения ротора (ДПР) вентильного двигателя (ВД), Известен реверсивный бесконтактный тахогенератор постоянного тока, содержащий синхронный генератор, выход которого через выпрямитель подключен к входу реверсивного мостового каскада, 1О вход управления которого соединен с выходом логической схемы (ЛС). Входы

ЛС соединены с чувствительными элементами (ЧЭ) ДПР синхронного генератора, В зависимости от порядка чере15 дования сигналов or чувствительных элементов ЛС вырабатывает управляющее воздействие, изменяющее знак напряжения на выходе реверсивного мостового каскада jl).

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является тахогенератор, работающий совместно с

2 бесконтактным двигателем постоянного тока (БДПТ), в качестве датчика положения ротора синхронного генератор используется ДПР двигателя, содержащий чувствительные элементы трансформаторного типа на сгаторе и магнитопроводные сигнальные секторы на роторе I21 .

Недостатками устройства являются низкая точность определения положения ротора и значительное запаздывание при определении момента реверса двигателя;

Эти недостатки обусловлены значительной дискретностью измерения угла поворота, . которая в наиболее распространенных

ДПР трехфазных БДПТ составляет 30-60 .

e .

Бель изобретения — повышение точности определения положения ротора, уменьшение запаздывания при определении момента реверса двигателя, а также преобразование угла поворота в цифровой код.

Указанная цель достигается тем, что в ДПР, содержащем две группы основных ЧЭ, укрепленных на статоре, сигнальные секторы на роторе и логическую схе3 7487 му определения направления вращения сигнальные секторы выполнены с зубцовой зоной, в результате чего при вращении ротора сигналы ЧЭ будут амплитудно-модулированными. На статоре датчи-

- ка укреплен дополнительный ЧЭ, в состав логической схемы дополнительно введены два двухразрядных триггерных регистра, два блока формирования импульсов (БФИ), блок квайтования угла поворота lo (БКУ), определяющий моменты, когда зубцы и межзубцовые впадины сменяют под чувствительными элементами друг друга, реверсивный счетчик (PC ), блок определения направления (БОН) и блок установки начала 15 отсчета (БУНО). Основные ЧЭ первой группы через первый БФИ подключены к входу первого триггера, основные ЧЭ второй группы через второй аналогичный БФИ подключены к входу второго триггера 2р первого регистра. Выходы триггеров первого регистра подключены к установочным входам триггеров второго регистра и к первым двум входам БКУ, другие два входа которого соединены с выхода- 25 ми БФИ. Первый вытод БКУ соединен с входом разрешения записи второго регистра, второй выход БКУ вЂ” со счетным входом РС, вход установки направления счета которого соединен с выходом БОН. Зо

Выходы БОН соединены с выходами триггеров пер зого и второго регистров, установочный вход PC соединен с выходом

БУНО, входы которого подключены к основному и дополнительному ЧЭ.. 55

На фиг. 1 показано расположение .чувствительных элементов и геометрия сигнальных секторов ДПР; на фиг. 2 — блоксхема устройстве; на фиг. 3 — временные диаграммы работы датчика; на фиг. 4 —,щ один из возможных вариантов функциональной схемы ДПР.

Предложенный ДПР состоит из основных

1-6 и дополнительного 7 ЧЭ, расположенных на статоре ДПР. Нечетные ЧЭ отстоят5 друг от друга на 120о, а четные ЧЭ смещены относительно нечетных на 30 .

Угловой размер ЧЭ выбирается из соотношения K= 30/й, где о — нечетное число. Дополнительный ЧЭ 7 смещен отно-5О сительно основного 6 на 60 — С\.

Сигнальные секторы 8 и 9 выполнены с зубцовыми зонами, причем зубцам сек- тора 8 соответствуют радиально симмет55 рично расположенные межзубцовые пазы сектора 9. Угловой размер зубца и паза выбран равным 2с(. Выходы нечетных основных ЧЭ подключены к входам БФИ 10, 01 ф выходы четных ЧЭ вЂ” к БФИ 11. Выходы

БФИ 10 и 11 соединены с входами регистра 12, выходы которого подключены к установочным входам регистра 13 и к первым двум входам БКУ 14, другие два входа которого соединены с выходами БФИ 10 и 11. Первый выход БКУ 14 соединен с входом разрешения записи регистра 13, второй выход БКУ 14 — с счетным входом PC 15. Вход установки направления счета PC 15 подключен к вы ходу БОН 16, входы которого соединены с выходами регистров 12 и 13. Установочный вход счетчика 15 подключен. к выходу БУНО 17, входы которого соединены с выходом основного 6 и дополнительного 7 ЧЭ.

Принцип работы описанного датчика состоит в следующем.

Высокочастотные прямоугольные импульсы возбуждения (диаграмма 18 на фиг. 3) подаются на обмотки возбуждения всех

ЧЭ, которые формируют импульсный сигнал на выходной обмотке, причем большей амплитуде импульса соответствует размещение зубца сигнального сектора под

ЧЭ.

На диаграммах 19 и 20 фиг. 3 цоказаны синхронизирующие импульсы. На диаграмме 21 — импульсный сигнал на выходной обмотке ЧЭ, меньшей амплитуде соответствует нахождение паза сигнального сектора под ЧЭ, или сигнал отсутствует, если под ЧЭ сектора нет. Таким образом, зубцовое выполнение рабочей зоны сигнальных секторов вызывает модуляцию амплитуды выходных сигналов

ЧЭ, однако минимальный уровень модулированного сигнала достаточен для обычного управления работой цепей коммутации тока в статорных обмотках БДПТ.

Сигнал на выходе пороговой схемы (ПС) показан на диаграмме 22 фиг. 3. Сиг налы с выходов ЧЭ 1-6 поступают на выходы БФИ 10 и 11, причем низкому уровню модулированного сигнала сооТветствует нулевой сигнал на выходе БФИ, высокому — единичный сигнал. При движении сигнальных секторов в направлении по часовой стрелке (фиг. 1) на выходах формирователей 10 и 11 последовательно получаются комбинации сигналов 11

01, "00", 10", 11, где первая цифра обозначает сигнал на выходе БФИ

10, вторая — на выходе БФИ 11. Порядок смены комбинаций позволяет однозначно определять направление вращения ротора датчика, ибо при движении против ча5 748701

6 стробирующего испульса, Блок квантования угла поворота сравнивает сигналы на выходах триггеров per истра 12 с сигналами, поступающими на входы триггеров, и и при несовпадении вьщает импульс на входы синхронизации триггеров регистра 13, разрешающий перезапись состояния регистра 12 в регистр 13.

Блок 16 определения направления вращения анализирует состояние обоих регистров и формирует сигнал о направлении вращения ротора ДПР, который задает режим счета реверсивного счетчика 15. Счетный импульс вырабатывается блоком 14 квантования угла поворота при каждом изменении состояния регистра

12. Как показано на фиг. 1 пунктиром, в положении начала отсчета появляются высокие уровни сигналов на выходе дополнительного 7 и основного 6 ЧЭ, по которым пороговые схемы 30 и 31 с элементом совпадения 32 формируют сигнал начала отсчета, затем блок 17 установки начала отсчета выключается.

Такйм образом, в предлагаемом устройстве удается несложными средствами.рас

KHpHTb фунхциОнальные возможности дат» чика положения ротора БДПТ, т.е. увеличить точность определения положения ротора, получить в цифровом виде Значение углового положения ротора и уменьшить запаздывание в определении направления вращения, что особенно важно для следящих систем высокой точности. Наряду с. тем, что предлагаемый ДПР позволяет повысить точность определения по-. ложения ротора, он также дает Возмож ность исключить затраты на йзготовление такого сложного элемента, как преобразователь углового положения в циф- ровой код что повышает надежность уст» ройства в целом. Кроме того, применение интегральных микросхем для реализации функциональных блоков снижает общие затраты на изготовление.

,совой стрелки последовательность имеет вид "11", 10, 00, "01", "11 .

Регистр 12 принимает и хранит значение вновь полученной комбинации на выходах БФИ, регистр 13 запоминает значение предыдущей. Запись информации в регистр 12 производится по сигналам, показанным на диаграмме 20 фиг. 3.

БКУ анализирует состояние регистра

12 и БФИ 10 и 11. При несовпадении комбинации на выходе регистра 12 и выходах БФИ формируется сигнал записи в регистр 13 информации из регистра 12 и добавляется или вычитается единица из содержимого PC 15. Режим счета определяется значением сигнала на выходе

БОН 16, который выбирается на основе анализа вновь поступившей комбинации цифр, записанной в регистр 12, и предыдущей комбинации, переписанной в регистр 20

13. При этом сигнал на счетный вход

РС 15 поступает после окончания про-цессов перезаписи информации в регистрах, для чего работа БКУ синхронизирована импульсами, показанными на диаграмме

19 фиг. 3. Положение ротора ДПР, показанное на фиг. 1 пунктиром, при котором одновременно высокие уровни сигналов присутствуют на выходах ЧЭ 6 и 7, является единственным, когда под ЧЭ 30

6 и 7 находится сигнальный сектор 8, имеющий на краях зубцы. В этом положении БУНО 17 формирует импульс, устанавливающий счетчик 15 в начальное состояние, после чего БУНО должен 35 быть отключен.

В частном примере реализации предложенного датчика на уровне функциональной схемы (фиг. 4) сигналы нечетных

40 основных ЧЭ поступают па входы 1, 3 и 5, сигналы четных — на входы 2, 4 и

6 диодных сборок 23 и 24, с выходов которых ПС 25 и 26 пропускают сигнал на схемы формирования 27 и 28 соот45 ветственно, если он выше порога, показанного на диаграмме 21 фиг. 3 пунктирной линией. Схемы формирования сог пасуют уровни сигналов на выходах пороговых схем с требуемыми для работы

50 логических элементов. При этом сигнал на выходах схем формирования появляется после подачи стробируюшего импульса (диаграмма 20 фиг. 3), вырабатываемого блоком питания и синхронизации (БПС) 29. Тот же строб подается на

55 входы синхронизации триггеров регистра

12, однако выходные сигналы регистров могут измениться только после окончания

Фор мул а изобр етения

Датчик положения ротора вентильного двигателя, содержащий укрепленные на статоре две группы основных чувствительных элементов, сигнальные секторы на роторе и логическую схему определения найравпения вращения, о тл и ч а ю m и и с я тем, что, с целью повышения точности определения положения ротора, уменьшения запазди7 74870 вания при определении момента ревер,са двигателя и преобразования угла поворота в цифровой код, сигнальные секторы выполнены с зубцовой зоной, на статоре укреплен дополнительный чувствительный элемент, в состав логической схемы введены два двухразрядных триггерных регистра, два блока формирования импульсов, блок квантования угла поворота, реверсивный счетчик, блок определения 10 направления вращения, и блок установки начала отсчета, причем чувствительные элементы первой группы через первый блок формирования импульсов подключены к входу первого триггера, чувствительные ts элементы второй группы через второй ана- логичный блок формирования импульсов подключены к входу второго триггера первого регистра, выходы триггеров первого регистра подключены к установоч- 2о ным входам триггеров второго регистра и к первым двум входам блока квантования угла поворота, другие рва входа которого соединены с выходами блоков, формирования импульсов, первый выход 25 блока квантования угла поворота соединен

f с входом разрешения записи второго регистра, второй выход блока квантованиясо счетным входом реверсивного счетчика, вход установки направления счета которого соединен с выходом блока определения направления вращения, входы которого соединены с выходами триггеров первого и второго регистров, установочный вход счетчика соединен с выходом блока установки начала отсчета, входы которого подключены F. основному и дополнительному чувствительным элементам.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Путников В. В. и др. Реверсивные бесконтактные тахогенераторы постоянного тока. М., Информэлектро, 1970, с. 18-21, Й. Отчет по научно-исследовательской работе. "Исследование вопросов применения бесконтактных двигателей постоянного тока в позиционных следящих систе мах". Номер госрегистрации

70 041208, Рязань, Рязанский радиотехнический институт, 1972, 38-44.

748701

©

Составитель А. Санталов

Редактор С. Лыжова Техред Ж. Кастелевич Корректор М. Шароши

° Ф Ф

Заказ 4380/18 Тираж 783 Подписное

UHHHHH Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

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