Датчик положения ротора

 

iii817895

ОПИСАНИЕ

ИЗО6РЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (51) М.К . (22) Заявлено 27.02.79 (21) 2730859/24-07 с присоединением заявки №вЂ”

Н 02 К 29/02

Гееударстиеиный камитет

СССР (23) Приоритет— (53) УДК 621.313. .13.014.2.621. .382 (088.8) Опубликовано 30.03.81, Бюллетень № 12

Дата опубликования описания 31.03.81 ло делам изебретений и открытий (72) А втор изобретения

А. С. Суляев

Дальневосточный ордена Трудового Красного Зна ни политехнический институт им. В. В. Куйбышева (71) Заявитель (54) ДАТЧИК ПО,ЛОЖЕНИЯ РОТОРА

Изобретение относится к электромеханике, в частности к датчикам положения ротора вентильных электродвигателей с позиционно-зависимой широтно-импульсной модуляцией фазных напряжений.

Известен датчик положения ротора, например, для бесконтактного двигателя постоянного тока с регулированием длительности управляющих импульсов, содержащий на зубцах статора чередующиеся между собой катушки первичной и вторичной обмоток. Катушки первичной обмотки соеди- 10 иены в отдельные группы, раздельно регулируемые по напряжению, а катушки вторичной обмотки подключены к фазочувствительным демодуляторам (1).

Недостатком датчика положения ротора является большая дискретность в измерении

15 углового положения сигнального элемента ротора.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является магнитомодуляционный датчик углового положения, о например, ротора бесконтактного электродвигателя постоянного тока, содержащий индуктивные чувствительные элементы и дополнительные магниты, установленные

2 попарно на статоре с фиксированным углом сдвига, и вращающийся постоянный магнитмодулятор. Датчик снабжен установленным на статоре между чувствительными элементами и магнитом-модулятором, управляемым магнитным шунтом, выполненным из четного числа иодмагничиваемых во встречных направлениях тороидальных сердечников, несущих обмотки управления (2) .

Основным недостатком датчика являются его узкие функциональные возможности.

Датчик удовлетворительно работает в составе вентильного электродвигателя, обеспечивая плавность вращающего момента электрической машины. В то же время при использовании магнитомодуляционного датчика в качестве источника информации для устройств измерения скорости вращения вентильных электродвигателей вследствие синусоидальности формы огибающей средней составляющей его выходного напряжения возникают значительные пульсации тахометрического сигнала, ограничивающие область применения датчика.

Таким образом, к внешней характеристике устройства предъявляются противоречивые требования: а) для вентильного

817895 электродвигателя наилучшей, с точки зрения получения минимума пульсаций вращающего момента, является синусоидальная форма внешней характеристики; б) для тахометрических устройств форма должна - приближаться к пилообразной, позволяющей снизить пульсации тахосигнала.

Цель изобретения — расширение функциональных возможностей магнитомодуляционного датчика положения ротора.

Указанная цель достигается тем, что датчик положения ротора, например, для вентильного электродвигателя, содержащий магнитомодуляционные чувствительные элементы, обмотки которых через нагрузочные резисторы подключены к выходу усилителя мощности, вход которого соединен с выходом генератора опорной частоты, и сигнальный элемент в виде постоянного магнита, причем резисторы подключены к последовательно соединенным выпрямителям и формирователям, датчик снабжен дополнительно двумя ключами, двумя схемами совпадения, инвертором и дополнительным генератором, выходная частота которого в два раза выше опорной частоты, источник опорной частоты выполнен в виде двух задающих генераторов, один из которых выполнен с возможностью генерирования напряжения прямоугольной формы, а другой — с возможностью генерирования напряжения изменяемой формы вершины импульса, причем ко входу усилителя мощности подключены через два ключа два задающих генератора, одни входы схем совпадения соединены с выходом формирователя, а вторые входы подключены к управляющим входам первого и второго ключа и к выходам последовательно соединенных дополнительного генератора и инвертора.

На фиг. 1 приведена функциональная схема устройства; на фиг. 2 — графики, иллюстрирующие принцип работы устройства.

Датчик положения ротора, например, для вентильного электродвигателя, содержит в случае двухфазной конструкции магнитомодуляционные чувствительные элементы 1 и 2, обмотки которых через нагрузочные резисторы 3 и 4 подключены к выходу усилителя 5 мощйости,и сигнальный элемент 6 в виде постоянного магнита, причем нагрузочные резисторы 3 и 4 подключены к последовательно соединенным выпрямителям 7 и 8 и формирователям 9 и 10.

Датчик содержит подключенные через два ключа 11 и 12 ко входу усилителя 5 мощности два задающих генератора 13 и 14, а также в каждой фазе по две схемы совпадения 15, 16 и 17, 18, одни входы которых соединены с выходом формирователя 9 и 10, а вторые входы подключены к управляющим входам первого 11 и второго 12 ключей и к выходам последовательно соединенных дополнительного генератора 19 и инвертора 20. Если число фаз датчика больше двух, то в схему добавляются одинаковые каналы, состоящие из последовательно соединенных чувствительного элемента, нагрузочного резистора, выпрямителя и формирователя, к выходу которого подключены первые входы двух схем совпадения, вторые входы которых соединены с выходами дополнительного генератора и инвертора.

При повороте сигнального элемента ротора 6 изменяется степень подмагничивания чувствительных элементов. 1 и 2, что вызывает соответствующие изменения длительности импульсов тока в нагрузочных резисторах 3 и 4. При питании обмоток чувствительных элементов 1 и 2 напряжением пря>s моугольной формы зависимость относительных длительностей импульсов тока в нагрузочных резисторах 3 и 4 от угла поворота

< ротора 6 близка к синусоидальной,. показанной на фиг. 3 линиями тз, ц4, имеющими фазовый сдвиг, соответствующий относи2О тельному пространственному расположению чувствительных элементов 1 и 2.

Третий генератор 19 вырабатывает меандр, несущая частота которого вдвое ниже частот генераторов 13 и 14. Через инвер 5 тор 20 генератор 19 управляет работой ключей 11 и 12 и схем совпадения 15 — 18 так, что на одном полупериоде выходного напряжения третьего генератора 19 открыт первый ключ 11 и схемы совпадения 15 и 17.

На втором полупериоде открыты второй ключ

ЗО 12 и схемы совпадения 16 и 18, а схемы 15 и 17 закрыты. Поэтому на первом полупериоде напряжения третьего генератора 19 питание чувствительных элементов осуществляется через усилитель 5 мощности напряжением первого генератора 13, имеющим прямоугольную. форму. При этом со схем совпадения 15 и 17 поступают импульсные последовательности Чд, Vqq, имеюшие синусоидальные законы изменения длительности от угла aL. Во втором полупериоде

4g выходного напряжения третьего генератора 19 питание элементов 1 и 2 осушествляется напряжением со специальной формой, U вырабатываемой вторым генератором 14

В этом случае импульсы поступают с выходов схем совпадения 16 и 18. Форма выход45 ного напряжения второго генератора обеспечивает получение желаемого закона изменения относительно длительности сигналов

Ч, Vi6 от угла at.Так, например, для повышения точности устройств измерения скорос о ти вращения вентильного электродвигателя она должна быть линейной, что и достигается в предлагаемой схеме датчика положения путем выбора соответствующей формы изменения вершины импульса напряжения второго генератора 14.

При питании чувствительных элементов 1 и 2 напряжением типа меандр, имеющим плоскую вершину, форма внешней характе817895 ристики определяется распределением индукции магнитного поля сигнального элемента — ротора (постоянного магнита) вдоль зазора датчика и зависит от угла, как это показано кривыми ту, и .При этом длительность выходных сигналов датчика

Ч э определяется индукцией магнитного поля ротора 6 при его определенном угловом положении. Длительность этих импульсов определяется также вольтсекундной площадью напряжения питания чувствительных элементов i и 2. Так, если вольтсекундная площадка при данном положении ротора постоянна, то можно увеличить продолжительность импульсов Ч, уменьшив амплитуду питания. И, наоборот, при увеличении амплитуды происходит уменьшение длительности сигнала Y g. При повороте ротора 6 происходит уменьшение длительности сигнала Ч>p, зависимость которой от угла a( имеет вид синуса з, т. е. каждому участку линии тз соответствует свой «кусок» вдоль вершины импульса питания Чц. Поэтому, например, там, где синус с з выше линии фц (т. е. длительность сигнала для линии должна быть меньше), необходимо увеличить амплитуду питания. На участках, где надо увеличить длительность, т. е. поднять реальную характеристику датчика к желаемой, необходимо снизить амплитуду питания.

Итак, для формирования нужной характеристики датчика необходимо определить реальную характеристику, изобразить на том же чертеже желаемую, а затем деформировать вершину импульса питания обратно пропорционально разности между желаемой и реальной характеристиками датчика. 3адающий генератор для синусоидальной формы характеристики, как известно, должен генерировать меандр (например, генератор 13) . Второй задающий генератор (например 14) должен иметь форму вершины импульса, деформированную в соответствии с методикой, приведенной выше. Так, например, для линейной формы характеристики

Ч1 соответствует форма Ч ч.

Форма вершины импульсов генератора 14 может быть произвольной. Все зависит от характеристики, которую надо получить из синуса. Можно, например, получить релейную характеристику при форме напряжения V> в виде ступеньки.

В общем случае датчик положения ротора может вырабатывать несколько произвольных законов изменения его выходных импульсов в зависимости от угла поворота с(ротора 6. При этом должно быть соответствующим образом увеличено число задающих генераторов, ключей, схем совпадения, а схема управления работой упомянутых элементов, представленная на фиг. 1, третьим генератором 19 и инвертором, может быть, например, кольцевым распределителем импульсов.

Итак, в схеме датчика положения за счет чередования форм питающих чувствительных элементов напряжения обеспечивается выработка различных законов изменения относительной длительности выходных импульсов в зависимости от угла поворота ротора. Отмеченное новое свойство изобретения позволяет использовать один набор чувствительных элементов для различных целей, например, в качестве датчика положения ротора вентильного электродвигателя, источника информации для устройств измерения скорости упомянутых двигателей и др.

Формула изобретения

20 Датчик положения ротора, например, для вентильного электродвигателя, содержащий магнитомодуляционные чувствительные элементы, обмотки которых через нагрузочные резисторы подключены к выходу усилителя мощности, вход которого соединен

25 с выходом источника опорной частоты, и сигнальный элемент в виде постоянного магнита, причем нагрузочные резисторы в каждом канале усиления подключены к последовательно соединенным выпрямителям и

З0 формирователям, отличающийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей, он снабжен дополнительно двумя ключами, двумя схемами совпадения на каждый канал усиления инвертором и дополнительным генератором, выходная частота которого в два раза выше опорной частоты, источник опорной частоты выполнен в виде двух задающих генераторов, один из которых выполнен с возможностью генерирования напряжения прямоугольной фор40 мы, а другой — с возможностью генерирования напряжения изменяемой формы вершины импульса, причем ко входу усилителя мощности подключены через два ключа два задающих генератора, одни входы схем совпадения соединены с выходами форми45 рователя, а вторые входы подключены к управляющим входам первого и второго ключа и к выходам последовательно соединенных дополнительного генератора и инвертора.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР № 313343, кл. Н 02 К 29/02, 1971.

2. Авторское свидетельство СССР № 481968, кл. Н 02 К 29/02, 1975.

817895

Редактор Н. Кузнецова

Заказ 1461/74

Составитель А. Санталов

Техред А. Бойкас Корректор Н. Швыдкая

Тираж, 730 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП «Патент», г. Ужгород, ул. Проектная, 4