Датчик положения ротора для вентильного электродвигателя

 

в4вм,в„„ и Ьнтм ° ToxH4

Союз Советскмх

Соцналнстнческмх

Республик

<1,788291

ИЗОБРЕТЕНИЯ * г

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (6! ) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 0906.78 (21) 2627240/24 — 07 с присоединением заявки М (23) Приоритет

Опубликовано15.1280, Бюллетень ) о

Дата опубликования описания 151280

{51) М. Кл.

Н 02 К 29/00

Н 02 К 24/00

Государственный комитет

СССР о делам изобретений н открытий (53) УДК 621. 313. . 13. 011. 2: 621. .382(088.8) B Д. Косулин, Г. E. Михайлов, B. В. Путников и В. А. Прозоров (72) Авторы изобретения (71) Заявитель (54) ДАТЧИК ПОЛОЖЕНИЯ РОТОРА ДЛЯ ВЕНТИПЬНОГО

ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ

Изобретение относится к электротехнике, в частности к электрическим машинам малой мощности, и может быть использовано в бесконтактных ,электродвигателях с электронной коммутацией-вентильных электродвигателях (ВД).

Известны бесконтактные датчики положения ротора (ДПР), выходное напряжение которых имеет пилообраз- 10 ную форму в функции угла поворота ротора (1j.

Недостатками известных датчиков являются сложность конструкции магнитопровода статора датчика Т- или 15

П-образного типа и увеличенные габариты в осевом направлении двухфазного датчика по сравнению с однофаэным.

Для ВД с позиционной модуляцией 20 фазных напряжений требуются ДПР, выходное напряжение иоторых изменяется по синусоидальному закону в функции угла поворота ротора. В качестве ДПР таких двигателей используются 25 бесконтактные СКВТ f2j ..

Недостатком их является сложность конструкции, наличие обмоток на роторе и торцового трансформатора для подведения к ним питаНия, что, в 30 свою очередь, увеличивает габаритные размеры ДПР.

Наиболее близок к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату индукционный датчик микросинного типа содержащий ротор в виде сектора иэ магнитоиягкого материала и зубчатый статор, на зубцах которого расположены последовательно соединенные секции чередующейся полярности обмотки возбуждения и двухфазная выходная обмотка, секции которой соединены встречно. Дуга сектора ротора составляет Я/р угловых радиан, где р — число пар полюсов датчика, соответствующее периодичности выходного напряжения в функции угла поворота ротора (Зj.

Однако известный датчик имеет ограниченные функциональные возможности в связи с невозможностью получения требуемой формы выходного напряжения в функции угла поворота ротора и, в частности, синусоидальной и пилообразной формы.

Цель изобретения — расширение функциональных возможностей путем получения требуемой формы выходного напряжения в функции угла поворота ротора.

788291 укаэанная цель достигается тем, мотки максимальное (фиг. 2). Пг:. что в известном датчике положения ро- повороте ротора 5 датчика на угол тора, содержащем ротор е виде секто- (45 - P ) выходное напряжение первой р .. иэ магнитомягкого материала и зуб- фазы выходной обмотки неизменно, так чатыр статор, на зубцах которого рас- как магнитная проводимость для магположены последовательно соединенные нитных потоков зубцов б — 11 не иэмесекции чередующейся полярности обмот- нилась. Положение ротора 5 датчика ки возбуждения и двухфазная выходная при повороте на угол (45 — p ) соото обмотка, зубчатый стетор выполнен с ветствует позиции П2 на фиг. 3. При

Числом зубцов яа полюс и фазу, боль- дальнейшем повороте ротора 5 датчишим единицы, двухфазная выходная ка магнитная проводимость для магнитобмотка выполнена в виде встречно ных потоков зубцов б и 7 изменяется, включенных групп секций, соединен- так как площадь перекрытия их сектоных между собой последовательно в ром ротора 5 датчика уменьшается. При пределах полюсного деления датчика, этом уменьшается ЭДС в секциях первой а сектор ротора выполнен с полюсной фазы выходной обмотки, расположенных дугой, равной от 90 до 180 эл. град.. 15 на зубцах 6 и 7, в то время как веН ф 1 показана конструктивная личина ЭДС в секциях выходной обмота иг.

10 и схема предлагаемого датчика, на ки, расположенных на зубцах 9, и фиг. 2 — вид выходного напряжения 11, остается прежней.Это приводит к . одно иэ а и э фаз выходной обмотки s функ- уменьшению выходного напряжения в

5 атчицни угла поз у л поворота ротора на фиг. 3 — ;ф функции угла поворота ротора датчиI иг 2> . Уменьчетыре положения ротора датчика, соот- ка (участок П2-ПЗ на фиг. . м ветствующие точкам П1 ° ..П4 на кривой шение выходного напряжения по укапряжения фиг 2 на фиг.4- эанной причине происходит при повония П2 кривые выходного напряжения при разных роте ротора 5 датчика от положения угловых размерах сигнального сектора. íà угол д т. е. до положения ПЗ

Устройство содержит зубчатый ста- на фи-. 3. При дальнейшем повороте тор 1, обмотку 2 возбуждения, первую ротора 5 датчика до положения П4 на фиг. 3 наряду с уменьшением ЭДС в группе секций, расположенных на зубцах 6, 7 и 8, происходит увелиэубцы — статора.

Секции а, в, с первой фазы выход- чение ЭДС в группе секций, рас

30 полоной обмотки соединены последовательно, женных на зубцах 9, 10 и, вклвт. е. так, что трансформаторные ЭДС, ченных встречно с секциями, распоиндуктированные в них, складывавтся. ложенными на зубца х 6 7 и 8. Это

Аналогично соединены секции а, в, с вызывает увеличение крутизны выходтой же фазы. Группы секций (a,â,o) и 3э ного напряжения (участок ПЗ-П4 на (а, в, с ) соединены между собой фиг. 4). При повороте ректора 5 датвстречно т. е. так, что трансформа- чика на угол 90 эл. град. от полоторные ЭДС, индуктированные в них, встр жения П1 (положение П на ф магнитная проводимость воздушног

Секции второй фазы выходной обмот- 4р зазора под зубцами ки соединены аналогично и расположе- 11 одинакова, а выходное напряжение ны на зубцах статора со сдвигом первой фазы датчика равно нулю. При дальнейшем повороте ротора 5 датчика циям первой фазы. На фиг. 1 в ка- форма выходного напряжения имеет вид, честве примера показан датчик положе- 4 как на фиг. ния ротора, зубчатый статор которого Напряжение ро ф ние вто и фазы 4 выходной имеет число зубцов на полюс и фазу, обмотки имее Ую фо ет так же форму, но сдвинуто на угол 90 эл. град. относительно выходного напряжения первой фазы равное трем.

Датчик положения ротора работает

3 выходной обмотки. следующим образом. ения ) Участки П2-ПЗ и ПЗ-П4 (фиг. 2) с

При подаче переменного напряжения различной крутизной выходного напряна обмотку 2 возбуждения в зубчатом жения и уч тся благодаря выполнению статоРе 1 возникают магнитные пото- зубчато статора с числом зубцов, ки, которые индуктируют трансформана полюс и фазу большим единицы, выторные ЭДС в секциях двухфазной вы- Я и нению ДвухфазиОй выхОднОй Об тходной обмотки, амплитуда которых оп ки в в е в речио включенных групп ределяется величиной магнитной прово секций соединенных между собой по„ димости для соогветствующего магнитно л оват ьно в пределах полюсного дего потока. В зубцах статора 1, напро ления датчика, выполнению сектора ротив которых находится сектор ротор тора датчика с полюсной дугой, мень180 чем в остальных зубцах. СоответстПри этом следует учесть, что под полюсным делением датчик поннмаетЭДС в секциях выходной обмотки. В положении П1 (фиг. 3) ротора 5 датчика

1ГЯ напряжение первой фазы выходной об- д С =

2р

88291

1 гле 0 — ди, метр раст< 3 Yè статора датчика, р — число пар полисов (для датчика :а фиг. 1 р - 1) или С Z/2p в зубцовых делениях, где Z - чн,:ло зубцов статора датчика, а участок зубцовой зоны, в пределах которого секции одной из групп двухфазной выходной обмотки соединены последовательно, равен!

4 Z и 2рти

2 где m — число фаз выходной обмотки датчика (m = 2).

На фиг. 4 показано, как изменя15

Ьтся форма выходного напряжения одной из фаз выходной обмотки датчика полокения ротора при изменении угла

Кривая 12 соответствует Р; = О, полюсная дуга ротора равна 180 зл.град.

Кривая 13 соответствует 0 . (а 45О, полюсная дуга ротора больше 90 и меньше 180 эл. град. Кривая 14 соответствует р = 45, полюсная дуга ротора равна 90 эл. град. 25

Как видно из фиг. 4 при полисной дуге сектора ротора, равной 90 эл.град. выходное напряжение датчика положения ротора имеет пилообразную форму.

В результате гармонического анали- () за кривой выходного напряжения для различных углов Pr установлено, что минимальное содержание высших гармоник в кривой выходного напряжения имеет место при полюсной дуге сектора ротора, равной 120 эл. град., т. е. при 30 . Учитывая, что в реальной конструкции датчика будут иметь место краевые эффекты, изломы кривой выходного напряжения в точках П2 и

ПЗ (фиг. 2) будут сглажены, а выходное напряжение датчика в функции угла поворота ротора будет практически синусоидальным, что подтверждается результатами испытаний макетного образца ДПР. gf

Следует отметить, что указанная цель изобретения достигается не только при выполнении сектора с дугой1 меньшей 180 зл. град. (т. е. 120 и

90 эл. град.), но и при выполнении ц сектора с дугой, большей 180 эл. град. (т. е. 240 и 270 эл. град.). Но для такой конструкции, датчика положения ротора увеличение дуги сектора ротора больше 180 эл. град. приводит к увеличению потребляемого обмоткой возбуждения тока, что нежелательно с точки зрения энергетических показателей ВД, юде используется такой ДПР.

Поэтому целесообразно использовать конструкцию ДПР с ротором, полюсная ФО дуга сектора которого меньше 180 эл. град.

Использовании датчиков положения ротора для БД позволяет упростить технологию изготовления БДПТ за счет использования железа для статора датчика такой же геометрии, как и для татора синхронного двигателя, что исключает необходимость дополнительного штампа для вырубки листов пакета статора датчика положения ротора, а также дополнительных оправок при сборке пакетов, уменьшает стоимость БДПТ по сравнению с БДПТ, которые используют в качестве ДПР бесконтактные СКВТ, повышает унификацию узлов БДПТ с дискретной коммутацией и БДПТ с позиционной модуляцией фазных напряжений за счет использования для тех и других ДПР, отличающихся друг от друга лишь геометрическими размерами сектора ротора датчика.

Формула изобретения

Датчик положения ротора для вентильного электродвигателя, содержащий ротор в виде сектора из магнитомягкого материала и зубчатый статор, на зубцах которого расположены последовательно соединенные секции чередующейся поля.зности обмотки возбуждения и двухфазная выходная обмотка, о тл и ч а ю шийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей путем получения требуемой формы выходного напряжения в функции угла поворота .ротора, зубчатый статор выполнен с числом зубцов на полюс и фазу большим единицы, двухфазная выходная обмотка выполнена в виде встречно включенных групп секций, соединенных между собой последовательно в пределах полюсного деления датчика, а угловой размер полюсной дуги сектора ротора находится в диапазоне от

90 до 180 эл. град.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Пульер Ю. М. Индукционные злектромеханические элементы вычислительных и дистанциоино-следящих систем. М., "Машиностроение", 1964, с. 230 — 232, фиг. 7. 24, 7. 25.

2. Прозоров В. А. Протопопов Л.И. и Слесарев A. В. Управляемый бесконтактный двигатель постоянного тока.-Сб. "Бесконтактные управляете электрические двигатели и полупроводниковые устройства". Л., БНИИэлектромаш, 1974, с. 3 — 10.

3. Пульер Ю. М. Индукционные элейтромеханические элементы вычислительных и дистанционно-следящих систем.

М., "Машиностроение", 1964, с. 186..

788291

ZZñ

Ю и, Составитель А. Санталов

Техред А.Ач

Редактор В. Романенко

Корректор Н. Швыдкая

Заказ 8370/65 Тирак 783

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, 7К-35, Раушская наб., д. 4/5

Подписное

Филиал ППП "Патент", г. Уагород, ул. Проектная, 4