ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЬ ПОСТОЯННОГО ТОКА С ДАТЧИКОМ ЧАСТОТЫ ВРАЩЕНИЯ Российский патент 1995 года по МПК H02K19/10 

Изобретение относится к электродвигателям постоянного тока с регулируемой и стабилизируемой частотой вращения, которые используются преимущественно в системах автоматического регулирования и управления.

Известен электродвигатель с тахогенератором. Тахогенератор монтируется в корпусе электродвигателя. Датчик частоты вращения тахогенератора расположен на конце вала электродвигателя, выступающем из его корпуса, и охвачен корпусом тахогенератора. Корпус тахогенератора крепится к корпусу электродвигателя с помощью запорных выступов.

Недостатком электродвигателя является увеличение его габаритных размеров вследствие расположения датчика частоты вращения на конце вала электродвигателя.

Наиболее целесообразным в электродвигателях, имеющих ограничения по габаритам, является использование датчиков частоты вращения, не приводящих к увеличению габаритных размеров, например применение в электродвигателях постоянного тока системы регулирования частоты вращения на основе компактного импульсного генератора оптического типа.

Данный импульсный генератор включает в себя источник света, оптическую линзу, приемник света, неподвижный диск с прорезями и вращающийся диск с прорезями, расположенный на валу электродвигателя.

Недостатком такого устройства являются сложность конструкции и большие габаритные размеры вследствие расположения источника света и приемника света с противоположных сторон вращающегося диска.

Реализация предлагаемого изобретения позволяет устранить указанные недостатки.

В соответствии с изобретением представлен электродвигатель постоянного тока с датчиком частоты вращения, включающим оптоэлектрический преобразователь, установленный на валу электродвигателя вращающийся элемент с равномерно нанесенными метками или зубьями, оптическую линзу и неподвижный элемент с непрозрачными метками, расположенные в оптическом канале оптоэлектрического преобразователя, в котором указанный неподвижный элемент с метками выполнен за одно целое с линзой, при этом метки на оптической линзе нанесены на ее поверхность, обращенную к вращающемуся элементу.

Указанные метки на оптический линзе могут быть выполнены в виде зубьев, поверхности вершин которых способны пропускать световой поток, а угол между боковыми поверхностями зубьев определен условием полного внутреннего отражения светового потока, направленного перпендикулярно образующей поверхности вершин зубьев.

На фиг. 1 дано изображение электродвигателя в разрезе; на фиг.2 изображение оптической линзы датчика частоты вращения, вид спереди; на фиг.3 оптическая линза датчика частоты вращения, вид сверху; на фиг.4 электрическая схема включения оптрона; на фиг.5 график зависимости от напряжения на фототранзисторе оптрона U_ф от углового положения ротора датчика частоты вращения α
На фиг. 1-5 изображены ротор 1 датчика частоты вращения, ротор 2 электродвигателя, транзисторную оптопару 3 (оптрон), плату 4, статор 5 датчика частоты вращения, корпус 6 электродвигателя, линзу оптическую 7, зуб 8 оптической линзы, генератор 9 стабильного тока I, резистор 10; U_п постоянное напряжение питания; U_ф напряжение на фототранзисторе оптрона; U_ф.макс и U_ф.мин соответственно максимальное и минимальное напряжение на фототранзисторе оптрона. Конструктивно электродвигатель и датчик частоты вращения объединены, причем датчик частоты вращения состоит из ротора 1 датчика частоты вращения, выполненного в виде зубчатого кольца, расположенного на роторе электродвигателя 2, и оптрона 3, укрепленного на плате 4 статора 5 датчика частоты вращения. Статор 5 датчика частоты вращения закреплен на корпусе 6 электродвигателя. Между оптроном 3 и ротором 1 датчика частоты вращения в корпусе электродвигателя 6 установлена оптическая линза 7 с нарезанными на ней зубьями 8.

При этом, исходя из условия полного внутреннего отражения светового потока, необходимо, чтобы середина отрезка, соединяющего центры источника света и оптоэлектрического преобразователя, находилась на оси, проходящей через центр окружности оптической линзы, и была перпендикулярна образующей поверхности вершины зубьев.

Описываемый электродвигатель с датчиком частоты вращения работает следующим образом. Световой поток, излучаемый светодиодом оптрона 3, преломляется линзой 7 и проходит только через поверхности вершин зубьев 8 оптической линзы 7, так как боковые поверхности зубьев за счет использования эффекта полного внутреннего отражения являются непрозрачными.

При вращении ротора 1 состояние датчика частоты вращения периодически изменяется между двумя экстремальными состояниями, первое из которых соответствует расположению напротив вершин зубьев оптической линзы 7 поверхностей ротора 1 датчика частоты вращения, отражающих световой поток, а второе поверхностей ротора 1 датчика частоты вращения, поглощающих световой поток. В первом состоянии световой поток, отраженный от поверхностей ротора 1 датчика частоты вращения, возвращается через поверхности вершин зубьев 8 и концентрируется с помощью линзы 7 на фототранзисторе оптрона 3, который в этом случае имеет максимальную проводимость между эмиттером и коллектором. Во втором состоянии световой поток поглощается поверхностью ротора 1, вследствие чего световой поток, попадающий на фототранзистор, а следовательно, и проводимость фототранзистора, минимальны.

Таким образом, ротор 1 датчика частоты вращения осуществляет модуляцию светового потока оптрона 3.

На фиг. 4 представлен пример электрической схемы включения оптрона для получения электрических сигналов, соответствующих модуляции светового потока оптрона; на фиг.5 форма напряжения на выходе оптрона.

Максимальное напряжение U_ф.макс соответствует минимальной проводимости фототранзистора, а минимальное напряжение U_ф.мин максимальной его проводимости. При этом частота напряжения на выходе оптрона F=n˙z, где n частота вращения ротора датчика частоты вращения; z число меток (зубьев) ротора датчика частоты вращения.

Использование оптической линзы с нанесенными на ее поверхности метками позволяет уменьшить габаритные размеры и упростить конструкцию электродвигателя. Кроме того, в случае, если указанные метки выполнены в виде зубьев, уменьшается потребляемый ток датчика частоты вращения и более эффективно используется световой поток по сравнению с прототипом.

Использование: электродвигатели постоянного тока с регулируемой и стабилизируемой частотой вращения, которые используются преимущественно в системах автоматического регулирования и управления. Сущность изобретения: электродвигатель содержит датчик частоты вращения, включающий оптоэлектрический преобразователь, источник света, установленный на валу электродвигателя вращающийся элемент с равномерно нанесенными метками или зубьями, оптическую линзу с метками на ее поверхности, обращенной к поверхности вращающегося элемента с метками или зубьями в оптическом канале оптоэлектрического преобразователя 3. 1 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЬ ПОСТОЯННОГО ТОКА С ДАТЧИКОМ ЧАСТОТЫ ВРАЩЕНИЯ, включающим оптоэлектрический преобразователь, источник света, установленный на валу электродвигателя вращающийся элемент с равномерно нанесенными метками или зубьями, оптическую линзу и неподвижный элемент с метками, расположенные напротив меток вращающегося элемента в оптическом канале оптоэлектрического преобразователя, отличающийся тем, что неподвижный элемент с метками выполнен за одно целое с оптической линзой, при этом метки на оптической линзе нанесены на ее поверхность, обращенную к поверхности вращающегося элемента с метками или зубьями. 2. Электродвигатель по п.1, отличающийся тем, что поверхность оптической линзы, обращенная к вращающемуся элементу, выполнена в виде зубьев, поверхности вершин которых способны пропускать световой поток, источник света, оптоэлектрический преобразователь и оптическая линза расположены с одной стороны вращающегося элемента, а середина отрезка, соединяющего центры источники света и оптоэлектрического преобразователя, находится на оси, проходящей через центр окружности оптической линзы и перпендикулярной образующей поверхности вершин зубьев.