Датчик положения ротора биротативного вентильного электродвигателя Советский патент 1983 года по МПК H02K29/02 

Изобретение относится к эпектричео КИМ машинам, а именно к вентильным биротативным двигатепям, в которых обеспечивается встречное вращение роторов с расположенными на них сяо темой возбуж-дения и якорной обмоткой, и может быть использовано в такого типа двигателях для привода буpoBojTo инструмента (встречно вращающихся фрез и т.п.) и цругих механизмов, установленных на опорах, воздействие на которые реактивных вращающих моментов недопустимо или нежелательно. Известны датчики положения piyropa вентильных двигателей (бесконтактные) обеспечивающие информацию об угловом положении ротора относительно статора например, в вице электрических сигналов. При этом сигналы снимаются с -неподвиишо установленных чувствительных элементов, возбуждаемых сигнальным сектором, закрепленным на роторе двигателя. Известен датчик, соцержащий магниточувствитепьные элементы, представляющие собой дроссели насыщения, расположенные в неподвижно закрепленной относительно корпуса обойме, и сигнальные секторы, выполненные в вице постоянных магнитбв, укрепленных на роторе двигатепя flj . Недостаток известного датчика закл чается в низкой надежности и большом объеме материала, требуемого для изготовления постоянных магнитов. Низка надежность объясняется тем, что посто ные магниты . закреплены на вращающейся части машины. Это связано с определенными трудностями при их креп пении, в особенности, если машина высокоскоростная или ротор имеет срав нительно, большой диаметр, обусловливающий значительный угловой размер Е 1гнального сектора, который в этом случае выполняется сборным из несколь ких магнитов, при этом также имеет место большой расход постоянных маг китов. Известны датчики положения рото. ра, в которых непосшижно относительно корпуса закреплены не только чувствительные магниты, а уся-ановпешаш на роторе магнитомягкие сигнальные сев« тора вылетшяют роль распределителей (коммутаторов) магнитного потока неподвижно закрепленных постоянных магнитов, обеспечивая замыканае маг юггного потока--гшбо через чувствительный элемент, либо через шунт. В таких датчиках каждый неподвижно заКрепленный аксиально намагниченный магнит образует с чувствительным элементом магнитную цепь, замыка&мую с помощью магнитомягкого сигнального сектора через два воздуи ньтх зазора, Черецуюишеся с сигнальными секторами магнитомягкие шунты обеспечивают замъткание магнитного потока (минуя чувствительный элемент), за счет чего повышается крутизна фронтов выходного сигнала и его кратность, i Такие датчики более надежны и содержат меньшее количество постоянных магнитов С 2- . Недостатком датчиков является плохое использование магнитов и число воздушных зазоров ( в рассмотренной конструкшш: два для замы канияпотока через чувствительный элемент и два - через щунт) между подвинь ной и неподвижной частями. Более эффективное использование постоянных магнитов при уменьшении числа воздушных зазоров достигается , если постоянный магнит расположен на рЬторе и снабжен магнитомнЕкими полюсными наконечниками, содержащими сигнальные сектора. Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является датчик положения ротора, содержащий ротор с сигнальными элементами, выполненными в виде магнитопроводов, одна из поверхностей котЬрых выполнена зубчатой, примыкающих с двух сторон к аксиально намагниченному постоянному магниту, магниточувствительные элементы, связанные со статором, и замыкатель магнитного потока 3 . Недостатком перечисленных датчиков является невозможность использова« ния их в биротативном вентильном двигателе, т.е. в двигателе, роторы которого с системой возбуждения и якорной обмоткой вращаются в противоположные стороны относительно неподвижного корпуса. Пря расположении чувствительных элементов на статоре возникает проблема подведения к ним питания и снятия с них сигнала, поскош ку его появление возможно при любом произвольном угловом положении статора относительно неподвижного корпуса, прецвидета которое заранее невозможно. Поэтому этк датчики не позволвиот обеспечить работу биротативного вентильного цвигатепя без применения скользящих контактов ддя запитки и снятия выходных сигналов чувствитетпз- ных элементов Иелью изобретения является-расширение функциональных возможностей датчика. Поставленная цель достигается тем, что в датчике положения ротора, соде| жащем ротор с сигнатшными элементами выполненными, в виде магнитопровоцов, одна из поверхностей которых выпопн&на зубчатой, примыкающих с двух сторон к аксиально намагниченному постоя ному магниту, магииточувствительные .элементы, связанные со статором, .и замыкатель магнитного потока, замыкатель укреплен с возможностью перемещения относительно магниточувствительных элементов и ротора и вьшол- нен в Виде магнитснфовоцов, одна из поверхностей каждого из которых, обращенная к зубчатой поверхности магиитопровода Сигнальных элементов ротора, выполнена также зубчатой, зубцы разных магнитопроводов замыкателя смещены на фиксированный угол, а магниточувствитепьные элементы размэ щены в возцушном зазоре межцу обрашенными друг к гладкими поверхностями магнитопроводов сигнальных элементов ротора и замыкателя. На фиг. 1 приведена конструкция датчика с одним магниточувствительным элемейтом; на фиг. 2 - конструктивная схема датчика с тремя магннточувствиггальнымн элементами} на фиг. 3 то же, виц сяева (взаимное расположение сигнальных секторов встречно вращающихся частей: замыкателя магни ного потока и магнитопровода магни- та). Датчик содержит магниточувствитель ный элемент 1, неподвижно закрепле ный на ксфпусе (не показан), расположенный на роторе 2 кольцевой аксиально намагничешвый посто5шный магнит 3 с примыкаюншми « даему магнитопровоД61МК 4 и 5 Я замыкатель 6 магнитно ь го потока. Одна из поверхностей магн топроводов, а именно поверхность маг нитопровоца 4, выполнена гладкой, коль цевой, а поверхносчъ магнитопровода 5 имеет сегментообразный зубец 7, обре 1 31ующий один из сигнальнык секторов. Замьп тепь 6 магнитного потока также имеет гладкую кольцеобразную поверхность 8, расположенную коаксиапьно с магнитопроводом 4, и зубец 9, образующий другой сигнальный сектор, располож幫 ный в плоскости зубца 7 магнитопровоца 5. Создаваемый магнитом 3 магнитный поток замыкается либо через магниточувствительный элемент (по цепи: магнитопровод 5, сегментообразный зубец 7, зубец 9, замыка тель 6 магнитного потока, кольцеобразную поверхность 8, магниточувствительный, элемент 1, магнитопровод 4, постоянный магнит 3), либо, минуя чувствительный, элемент, если сегментообразный зубец 7 и зубец 9 сдвинуты относительно друг друга на угол, превышающий полусумму угловых размеров сигнальных секторов, по путям рассеяния между магнитопроводами 4 и 5. Датчик,приведенный на фиг. 2 и 3, содержит подвижную 10, вращающийся в противоположном по отношению К ней направлении замыкатель 11 малнитного потока и неподвижно закрепленные относжтельно корпуса магниточувствительные элементы 12, 13 и. 14. Подвижная часть 10 включает в себя аксиально намагниченный кольцевой магнит 15 я прилегаюоше к его полюсам магнктопроводы 16 и 17. Один из магнитопроводов, например магнитопровод 16, выполнен в виде диска, имеющего на периферийной части три кольцевых зубца 18, 19 и 20. Магнитопровод 17 имеет сегментообразный зубец 21. Число сегментообразных выступов магнитопровода,17 равно числу пар полюсов вентильного авигатедя. На фиг. 2 приведен датчик двигателя с одной парой полюсов. Замыкатель 11 магнитного потока состоит из магнитопровоцов 22, 23 и 24, не связанных между собой в магнитном отношении, имеющих соответственно с одной стороны кольцеобразные зубцы 25, 26 и 27 и с другой - сегментообразные зубцы 28, 29 и ЗО. Магнитная развязка магнитопроводов 22, 23 и 24 достигается, например, за счет применения диэлектрических колец 31 и 32. Из фиг. 3 видно, что сегментообразные зубцы 28, 29 и 30 выполненысо сдвигом относзггельно друг друга. Величина углового сдвига между ними определяется величиной межкоммутационного интервала, которая для рассматриваемого датчика (фиг. 3) составляет 120. Сумма углов сегментообразного зубца 21 и . какого-либо из зубцов 28, 29 и 30 также опр&депяется значением межкоммутационного интервала и цпя приведенного на фиг. 3 примера составляет 120.

Замыкатель 11 магнитного потрка расположен относительно подвижной части 10 таким образом, что кольц&образные зубцы 25, 26 и 27 распопоженьд коаксиапьно кольцевым зубцы 18, 19 и 20 соответственно. В зазорак между ними располагаются магниточувст вительные элементы 12, 13 и 14 - по одному на каждый зааор, при этом сегментообразные зубць 28, 29 и 30 должны располагаться в плоскости сегментообразного зубца 21.

При установке на электрическую машину подвижная часть 10 и замыкатель 11 магнитного потока устанавли- ваются на вращающиеся в противоположные стороны роторы, на одном из которых находится система возбуждения, а на другом - магнитопровод с якорной обмоткой. Магниточувствительные зломенты 12, 13 и 14 крепятся неподвижно относительно корпуса машины.

Работа датчика основана на том, что магнитный поток, создаваемый поотоянным магнитом подвижной части,

коммутируется замыкателем магнитного потока таким образом, что направляется в какой-либо из зазоров между кольцеобразными зубцами, где располагается соответствующий магниточувстви тельный элемент.

Как при вращающихся, так и при заторможенных роторах распопожениеЪегментообраздого выступа подви нойчастн,напркмер зубца 21 (фиг. 2),

и магнитопроводов 22, 23 и 24 обеспечивает замыкание магнитного потока через один из магниточувствительных элементов.

Так, в положении, изображенном на фиг. 3 магнитопроводом замыкателя через сегментообразный зубец 28 магнитопровода 22, кольцеобразный зубец 25, магниточувствительный эле мент 12 и кольцеобразный зубец 18. Через магниточувствительнне эпемен ты 13 и 14 магнитный поток отсутствует (точнее/ имеет место незначительный по величине поток рассеяния, не . вызывающий срабатывания чувствитещ ных элементов).

При направле Шях вращения, обозн ченных стрелками 33 и 34, кс 1мутацЕя магнитного потока произойдет тогда, когда передняя кромка 35 снгнапьногю сектора совпадет с 1фомкой 36 сегг ментообразного выступа 30. При этом уменьшится магнитный поток магнитопровод 22 и магниточувствительный элемент 12 и увеличится через магнитопровод 24 и магниточувсгеительный элемент 14.

Аналогичным образом обеспечивается коммутация магнитно1Х) потока с мапшточувствитепьного элемента 14 на 13 и

Положительный эффект датчика закшонается в искяючешш скользящих контактов при сраияении его с контактным датчиком положения и в обеспечении возможности биротативной работы ве тильного двигателя при срешнешш его с бесконтактными магиитомодуляционнымн датчиками извесугных конструкций. ZW J

ДАТЧИК ПОЛОЖЕНИЯ POt. ТОРА БИРОТАТИВНОХЭ ВЕНТИЛЬНОГО аЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ, соцержащий рсггор с сщгвалЕЬВЫмв эпементами, выпопаевкымн в шспе магшггопровоцов, Рона.вэ поверхностей которых выпопнана зубчатой, щжмыкаюших с двух . сторон к аксиально намагниченному посто5шному магниту, магниточувстви- тельные элементы, связанные со статором, и замыкатель магнитного потока, отпичающийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей, замыкатель укреплен с возможностью перемещения относительно магниточувствительных элементов и ротора и выполнен в виде магнитопровоцов, оцна из пов хностей кажцого из которых, обращенная к зубчатой поверхности магнитопровода сигнальных элементов ротора, выполнена также зубчатой, зубцы разны магнитопроводов замыкателя смещены на фиксированный угол, а магниточувствительные (Л элементы размещилы в воздушном зазоре между обращенными друг к другу гладкими поверхностями магнитопровоцов сигнальных элемейтов ротора и замыкателя. :о :л 1 4 :о