Датчик положения вентильного двигателя Советский патент 1992 года по МПК H02K29/06 

Фиг. г

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в электроприводах с высокомоментными бесконтактными электродвигателями, например в электроприводах авиационных механизмов.

Известен датчик положения ротора на базе синусно-косинусного вращающегося трансформатора (СКВТ), используемый для управления моментным вентильным электродвигателем, который обеспечивает управление электродвигателем путем подачи в его синусную и косинусную статорные обмотки напряжений, снимаемых с синусной и косинусной обмоток СКВТ и преобразованных в фазочувствительных выпрямителях, функциональных преобразователях и блока перемножения.

Необходимость преобразований в указанных элементах структурной схемы управления электродвигателем вызвана тем, что низкочастотные сигналы, снимаемые с обмоток СКВТ и пропорциональные углу поворота его ротора, модулированы напряжениями более высокой частоты, в связи с чем указанная структурная схема отличается сложностью.

Известен также датчик положения ротора вентильного электродвигателя, имеющий втулку из магнитопроводящего материала с радиальными выступами и постоянными магнитами.

Однако конструкция такого датчика достаточно сложна.

Известны также датчики положения ротора с использованием модуляции светового потока направленного от источника излучения через закрепленный на валу электродвигателя диск с дорожками от прозрачных и не прозрачных участков на непод- вижный фотоприемник (например, обтюратор-диск с двумя дорожками, или выключатель поворотный дискретный фотоэлектрическийПДФ-8,УДК 621.316.57621.383, ОКП 34 3991 РГ 45.41.33).

Сигналы, снимаемые с этих датчиков, выдаются в дискретной форме, в связи с чем реализация напряжений, пропорциональных синусу и косинусу угла поворота ротора, требует усложнения схемы.

Наиболее близким к предлагаемому является электромеханический синусно-коси- нусный генератор, представляющий собой цилиндр с рсью вращения, имеющей эксцентриситет относительно продольной геометрический оси с двумя чувствительными бесконтактными элементами, сдвинутыми один относительно другого на 90, расположенными вне цилиндра снабженный устройством для регулирования нулевого и пикового значений амплитуд электрических сигналов, снимаемых с чувствительных элементов, а также устройством для вращения

цилиндра, причем вращение цилиндра является функцией синуса.

Однако указанный электромеханический синусно-косинусный генератор не может быть использован для управления

0 вентильным двигателем по следующим причинам:

устройство при постоянстве частоты вращения цилиндра реализует на своих выходах электрические сигналы, не являющи5 есясинусоидальнымии

косинусоидальными функциями угла поворота цилиндра;

для получения синусоидальных и коси- нусоидальных сигналов в функции угла по0 ворота цилиндра необходима коррекция частоты вращения цилиндра, что неприем- лемо для двигателя, управляемого указанным синусно-косинусным генератором: синусно-косинусный генератор отлича5 ется значительной сложностью из-за наличия в нем устройства для индикации нулевого и пикового значений сигналов, снимаемых с чувствительных элементов, а также из-за наличия устройства коррекции

0 частоты вращения и источника постоянного смещения.

Цель изобретения - упрощение конструкции датчика путем обеспечения синусоидальности выходного напряжения без

5 дополнительных устройств.

Поставленная цель достигается тем, что в датчике положения вентильного двигателя состоящем из статора, чувствительных элементов синусного и косинусного сигна0 лов, закрепленных на статоре, и ротора, ротор выполнен полым, часть поверхности ротора, ограниченная нанесенной на нее синусоидой, выполнена светопроницаемой, остальная часть поверхности ротора - све5 тонепроницаемой, внутри полого ротора размещен источник света с концентратором света, представляющим полый цилиндр с двумя продольными прорезями, располагаемыми у чувствительных элементов, а чувст0 ви альные элементы выполнены реагирующими на свет.

Известно также устройство для управления электродвигателем с периодическим реверсивным вращением, в котором ис5 пользуются операционные усилители для подачи на обмотки управления напряжений, сформированных в низкочастотном двухка- нальном генераторе. В предлагаемом устройстве операционные усилители используются в качестве сумматоров для

формирования синусоидального и косину- соидального напряжений, необходимых для управления вентильным двигателем.

На фиг. 1 и 2 изображен датчик; на фиг. 3 - схема суммирования напряжений, снимаемых с датчика; на фиг. 4 - форма напряжений на его выходе.

На внутренней поверхности неподвижного цилиндрического статора 1 закрепле- ны чувствительные элементы 2, выполненные реагирующими на свет. Ротор 3 датчика представляет собой полый цилиндр, часть 4 боковой поверхности которого, ограниченная синусоидой 5, нанесенной на эту поверхность, выполнена светопроницаемой, а остальная часть (6) - светонепроницаемой. Синусоида нанесена на боковую поверхность ротора вдоль оси, перпендикулярной его образующей и имеет число периодов, равное произведению числа пар полюсов вентильного двигателя на передаточное отношение механической передачи от двигателя к датчику. Внутри полого ротора 3 размещен источник 7 света, закрытый неподвижным концентратором 8 света, представляющим собой полый цилиндр с двумя продольными прорезями 9, параллельными одна другой и отстоящими одна от другой по дуге концентратора света на четверть периода синусоиды так, что каждая прорезь находится напротив ряда чувствительных элементов 2 синусного и косинусного сигналов.

В схему суммирования сигналов, снимаемых с датчика, входит два сумматора 10 и 11, поедназначенных для суммирования положительных напряжений, формируемых на чувствительных элементах 2, два сумматора 12 и 13 предназначенных для суммирования отрицательных напряжений, и два сумматора 14 и 15 для суммирования снимаемых с выходов сумматоров 10, 12 и 11, 13 положительных и отрицательных напряжений. Напряжения, снимаемые с выходов сумматоров 14 и 15, являются функциями угла поворота ротора и приближенно представляют собой две синусоиды, сдвинутые одна относительно другой на 90°

Выход сумматора 14 соединен с первым выходом 16 схемы суммирования сигналов либо через размыкающие контакты переключающего устройства 17, либо через замыкающие контакты того же устройства и инвертор 18 Назначением переключающего устройства является обеспечение реверса двигателя при непосредственном управлении от датчика. Вторым выходом схемы суммирования сигналов является выход сумматора 15.

Устройство работает следующим образом.

При непосредственном управлении вентильным двигателем отдатчика положения схема приводится в действие включением выключателя в цепи источника 7 света (на фиг. 1 и 2 не показан). Световые лучи, проходя через прорези 9 концентратора 8 света и светопроницаемую часть 4 поверхности

ротора 3, попадают на часть чувствительных элементов 2, облучая их. Чувствительные элементы одного ряда предназначены для формирования синусоиды, а другого ряда - для формирования косинусоиды. В зависимости от количества облученных чувствительных элементов на выходах сумматоров 10 или 11 (фиг. 3), а также 12 или 13 формируются напряжения соответствующего уровня положительной или отрицательной

полуволн синусоиды или косинусоиды. Эти напряжения подаются на один из входов сумматоров 14 и 15. Появляющееся на выходе сумматора 14 напряжение в зависимости от заданного направления вращения двигателя подается на выход 16 схемы и далее на синусную обмотку управления двигателя либо через размыкающие контакты переключающего устройства 17, либо через замыкающие контакты того же устройства и

инвертор 18 Выходное напряжение суммд- тора 15 поступает на косинусную обмс,.у управления двигателя. Ротор двигателя поворачивается, поворачивая ротор 3 датчика, что приводит к изменению количества облученных чувствительных элементов 2. Уровень выходных напряжений сумматоров 14 и 15 изменяется, в связи с чем вновь меняется положение ротора двигателя.

Снимаемые с выходов схемы суммирования напряжения U имеют форму ступенчатых кривых, функционально связанных с углом поворота а ротора датчика (фиг. 4). Огибающие этих кривых представляют собой синусоиду и косинусоиду. Форма кривых может быть улучшена за счет увеличения количества чувствительных элементов и применения соответствующих фильтров Переключающее устройство 17 и инвертор 18 могут быть исключены из схемы

в случае применения системы управления двигателем по заданному закону.

Устройство существенно отличается от прототипа упрощенной конструкцией путем обеспечения синусоидальности выходного

напряжения без дополнительных устройств

Формула изобретения Датчик положения вентильного двигателя, состоящий из статора, чувствительных элементов синусного и косинусного сигналов, закрепленных на статоре, и ротора, о т- личающийся тем что, с целью упрощения конструкции путем обеспечения синусоидальности выходного напряжения без дополнительных устройств, ротор выполнен полым, часть поверхности ротора, ограниченная нанесенной на нее синусоидой, выполнена светопроницаемой, остальная

часть поверхности ротора - светонепроницаемой, внутри полого ротора размещен источник света с концентратором света, представляющим полый цилиндр с двумя прорезями, расположенными напротив чувствительных элементов, а чувствительные элементы выполнены реагирующими на свет.

Использование: электротехника, электропривод с высокомоментным бесконтактным электродвигателем. Сущность изобретения: статор 1 датчика положения вентильного двигателя имеет на внутренней поверхности чувствительные элементы 2 и ротор 3 в виде полого цилиндра. Часть поверхности ротора ограничена синусоидой 5 и светопроницаема. Источник света размещен внутри концентратора света. Концентратор света выполнен в виде полого цилиндра с двумя прорезями. Чувствительные элементы реагируют на свет. 4 ил

8

J6

./

-,

I 1х

-JI-r

Л.

I

а

IX. v

ч

2flT

(X

X.J

JT А

2ЭГ

J

ОС

Фиг.4